DE3586566T2 - METHOD FOR REMOVING THE NITROGEN OXYDE AND SULFUR FROM EXHAUST GASES. - Google Patents
METHOD FOR REMOVING THE NITROGEN OXYDE AND SULFUR FROM EXHAUST GASES.Info
- Publication number
- DE3586566T2 DE3586566T2 DE8585903110T DE3586566T DE3586566T2 DE 3586566 T2 DE3586566 T2 DE 3586566T2 DE 8585903110 T DE8585903110 T DE 8585903110T DE 3586566 T DE3586566 T DE 3586566T DE 3586566 T2 DE3586566 T2 DE 3586566T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gas stream
- injection fluid
- nox
- gas
- injection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims description 158
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 54
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 25
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 9
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 9
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 title description 8
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 title description 7
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 514
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 78
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 78
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims description 72
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 69
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 41
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 33
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical group OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229940097156 peroxyl Drugs 0.000 claims description 27
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 24
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 19
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Chemical class 0.000 claims description 16
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 13
- 239000010448 nahcolite Substances 0.000 claims description 13
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 13
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical group OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 241001625808 Trona Species 0.000 claims description 9
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 9
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 claims description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 6
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical class [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 claims description 5
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000013522 chelant Substances 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims 3
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims 3
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims 3
- JVXHQHGWBAHSSF-UHFFFAOYSA-L 2-[2-[bis(carboxylatomethyl)amino]ethyl-(carboxylatomethyl)amino]acetate;hydron;iron(2+) Chemical compound [H+].[H+].[Fe+2].[O-]C(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC([O-])=O JVXHQHGWBAHSSF-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 claims 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 claims 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims 1
- 235000015424 sodium Nutrition 0.000 claims 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 claims 1
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 122
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 113
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 95
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 94
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 84
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 42
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 38
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical group [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 28
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 25
- 239000003570 air Substances 0.000 description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 16
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 16
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 14
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 8
- -1 NO2 Chemical class 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- ODUCDPQEXGNKDN-UHFFFAOYSA-N Nitrogen oxide(NO) Natural products O=N ODUCDPQEXGNKDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002089 NOx Inorganic materials 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 4
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 4
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M sodium nitrite Chemical compound [Na+].[O-]N=O LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-N hydroperoxyl Chemical compound O[O] OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 2
- 235000010288 sodium nitrite Nutrition 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- DSSYKIVIOFKYAU-XCBNKYQSSA-N (R)-camphor Chemical compound C1C[C@@]2(C)C(=O)C[C@@H]1C2(C)C DSSYKIVIOFKYAU-XCBNKYQSSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000723346 Cinnamomum camphora Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 1
- 229920000784 Nomex Polymers 0.000 description 1
- 101100311330 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) uap56 gene Proteins 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960000846 camphor Drugs 0.000 description 1
- 229930008380 camphor Natural products 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000010771 distillate fuel oil Substances 0.000 description 1
- TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N disulfur monoxide Inorganic materials O=S=S TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- XUZLXCQFXTZASF-UHFFFAOYSA-N nitro(phenyl)methanol Chemical compound [O-][N+](=O)C(O)C1=CC=CC=C1 XUZLXCQFXTZASF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004763 nomex Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L sodium sulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])=O GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 235000010265 sodium sulphite Nutrition 0.000 description 1
- 101150018444 sub2 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid group Chemical class S(O)(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 1
- WCTAGTRAWPDFQO-UHFFFAOYSA-K trisodium;hydrogen carbonate;carbonate Chemical group [Na+].[Na+].[Na+].OC([O-])=O.[O-]C([O-])=O WCTAGTRAWPDFQO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Treating Waste Gases (AREA)
Description
Diese Erfindung betrifft Techniken zum Entfernen von Stickstoff- und Schwefeloxiden aus Abgasen. Genauer betrifft diese Erfindung Techniken zum Umwandeln van Stickoxid (NO) aus Rauchgas in Stickstoffdioxid (NO&sub2;) und zum Entfernen der zugehörigen Schwefeloxide (SOX) und Stickoxide (NOX) aus Rauchgas vor dem Ausstoßen des Rauchgases in die Atmosphäre.This invention relates to techniques for removing nitrogen and sulfur oxides from exhaust gases. More specifically, this invention relates to techniques for converting nitrogen oxide (NO) from flue gas to nitrogen dioxide (NO2) and for removing the associated sulfur oxides (SOX) and nitrogen oxides (NOX) from flue gas prior to exhausting the flue gas into the atmosphere.
In letzter Zeit wird den Problemen der Luftverschmutzung wachsende Aufmerksamkeit entgegengebracht. Eine Hauptquelle für derartige Verschmutzungen sind die Emissionen von Kraftwerken. Beispielsweise werden in Kraftwerkskesseln Stickstoff- und Schwefeloxide durch die Verbrennung von Brennstoff in den Kesseln erzeugt. Die Stickstoffoxide können durch die Pyrolyse von Stickstoff enthaltenden Verbindungen in dem Brennstoff entstehen und können auch durch Reaktionen von N&sub2; und O&sub2; bei erhöhten Temperaturen (Stickstoffbindung genannt) entstehen. Normalerweise treten Stickstoffoxide als Stickoxid (NO) auf, aber es können auch andere Stickstoffoxide, insbesondere NO&sub2; üblicherweise in kleinen Menge auftreten. Die Oxide des Stickstoffs werden im nachfolgenden mit NOX bezeichnet. Die Schwefeloxide treten hauptsächlich als SO&sub2; mit geringen Mengen an SO&sub3; auf. Die Schwefeloxide werden im nachfolgenden als SOX bezeichnet.Recently, increasing attention has been paid to the problems of air pollution. A major source of such pollution is emissions from power plants. For example, in power plant boilers, nitrogen and sulphur oxides are produced by the combustion of fuel in the boilers. The nitrogen oxides can be formed by the pyrolysis of nitrogen-containing compounds in the fuel and can also be formed by reactions of N₂ and O₂ at elevated temperatures (called nitrogen fixation). Normally, nitrogen oxides occur as nitric oxide (NO), but other nitrogen oxides, particularly NO₂, can also occur, usually in small amounts. The oxides of nitrogen are referred to below as NOX. The sulphur oxides occur mainly as SO₂ with small amounts of SO₃. The sulphur oxides are referred to as SOX in the following.
Die SOX- und NOX-Emissionen sollen wünschenswerterweise aus dem Abzugsgas vor dem Ablassen in die Atmosphäre entfernt werden, da sich SOX mit atmosphärischem Wasserdampf zu Schwefelsäuren verbindet. Auf ähnliche Art verbindet sich NOX mit atmosphärischem Wasserdampf und bildet Säuren des Stickstoffs. Diese Säuren fallen dann als "saurer Regen" auf die Erde und vermehren auf unerwünschte Weise den Säuregrad der Umwelt. Die Stickstoffoxide tragen auch zur Luftverschmutzung bei, in dem sie an der Bildung von fotochemischem Smog teilhaben.SOX and NOX emissions should desirably be removed from the flue gas before it is released into the atmosphere, since SOX combines with atmospheric water vapor to form sulfuric acids. Similarly, NOX combines with atmospheric water vapor to form nitrogen acids. These acids then fall to the earth as "acid rain" and undesirably increase the acidity of the environment. Nitrogen oxides also contribute to air pollution by participating in the formation of photochemical smog.
Ein Verfahren zum Schaffen relativ niedriger Gehalte an SOX- und NOX-Emissionen ist die Verwendung von reinen Brennstoffen, wie beispielsweise leichtem Heizöl oder Erdgas, die teuer sind. Weniger teure Brennstoffe, wie beispielsweise Kohle, erzeugen sehr viel höhere Gehalte an unkontrollierter NOX- und SOX-Verunreinigung. Wenn ein billiges Verfahren zum Erzielen einer gleichzeitigen NOX/SOX- Kontrolle zur Verfügung stünde, dann könnten unreine Brennstoffe wie beispielsweise Kohle mit entsprechendem ökonomischen Nutzen für die Betreiber verwendet werden.One method of achieving relatively low levels of SOX and NOX emissions is to use pure fuels such as light fuel oil or natural gas, which are expensive. Less expensive fuels such as coal produce much higher levels of uncontrolled NOX and SOX pollution. If a cheap method of achieving simultaneous NOX/SOX control were available, then impure fuels such as coal could be used with corresponding economic benefits to operators.
In der US-PS 4 350 669 wird ein Verfahren zum Kontrollieren von Stickstoffoxiden in Verbrennungsabgasen beschrieben, das ein Zugeben von sauerstoffhaltigem Kohlenwasserstoff und dadurch Oxidieren des Stickstoffoxids im Abgas zu Stickstoffdioxid, bei Anwesenheit von Sauerstoff, umfaßt.US Patent 4,350,669 describes a method for controlling nitrogen oxides in combustion exhaust gases, which comprises adding oxygen-containing hydrocarbon and thereby oxidizing the nitrogen oxide in the exhaust gas to nitrogen dioxide in the presence of oxygen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umwandeln von NO in NO&sub2; mit den Schritten Kontaktieren eines NO- enthaltenden Gasstroms mit einem Injektionsgas, welches einen Peroxyl-Initiator und ausreichend Sauerstoff enthält, um die Umwandlung von NO in NO&sub2; zu schaffen.The present invention relates to a process for converting NO into NO₂ comprising the steps of contacting a NO-containing gas stream with an injection gas which a peroxyl initiator and sufficient oxygen to achieve the conversion of NO to NO₂.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Verfahren geschaffen, um Stickstoffoxide und Schwefeloxide aus einem Gasstrom zu entfernen. Ein derartiges Verfahren hat die Schritte Kontaktieren eines ersten Gasstroms, der Stickstoffoxide inklusive NO und NO&sub2; in einem Molverhältnis von NO zu NO&sub2; größer als 4 und Schwefeloxide enthält, in einer Konversionszone mit einem Injektionsgas, welches Sauerstoff und einen verdampften Peroxyl- Initiator enthält. Der Sauerstoff und der verdampfte Peroxyl-Initiator sind in einer Menge vorhanden, die ausreicht, NO in der Konversionszone in NO&sub2; umzuwandeln, um dabei einen resultierenden Gasstrome, welcher die Konversionszone verläßt, zu erzeugen, der NO und NO&sub2; in einem Molverhältnis von weniger als ungefähr 2 aufweist. In einer Absorptionszone wird der resultierende Gasstrom mit einem teilchenförmigen Sorptionsmittel für Stickstoff- und Schwefeloxide kontaktiert, um dabei diese Stickstoff- und Schwefeloxide aus dem Gasstrom zu entfernen.In another embodiment of the present invention, methods are provided to remove nitrogen oxides and sulfur oxides from a gas stream. Such a method includes the steps of contacting a first gas stream containing nitrogen oxides including NO and NO2 in a molar ratio of NO to NO2 greater than 4 and sulfur oxides in a conversion zone with an injection gas containing oxygen and a vaporized peroxyl initiator. The oxygen and vaporized peroxyl initiator are present in an amount sufficient to convert NO to NO2 in the conversion zone to thereby produce a resulting gas stream exiting the conversion zone comprising NO and NO2 in a molar ratio of less than about 2. In an absorption zone, the resulting gas stream is contacted with a particulate sorbent for nitrogen and sulfur oxides in order to remove these nitrogen and sulfur oxides from the gas stream.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren können unter Verwendung eines im folgenden beschriebenen Apparates durchgeführt werden.The methods described above can be carried out using an apparatus described below.
Ein Apparat gemäß einer Ausführungsform hat zwei Abschnitte: Einen Konversionsabschnitt zum Umwandeln von NO in NO&sub2; und einen Absorptionsabschnitt zum Entfernen von SOX und NOX aus dem Gasstrom, welcher am Konversionsabschnitt austritt. Der NO- in NO&sub2;-Konversionsabschnitt hat eine Gasleitung mit einem Eingang und einem Ausgang und einem dazwischenliegenden Gaskontaktierabschnitt. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um einen ersten Gasstrom, welcher NO, NO&sub2; und Schwefeloxide enthält, in den Eingang der Gasleitung einzuleiten. Es ist auch eine Einrichtung vorgesehen, um ein Injektionsgas, welches einen Peroxyl-Initiator und Sauerstoff enthält, in den Kontaktierabschnitt der Gasleitung einzuleiten, um den NO, NO&sub2; und Schwefeloxid enthaltenden Gasstrom zu kontaktieren. Der Peroxyl-Initiator und der Sauerstoff sind in ausreichender Menge vorhanden, um NO und NO&sub2; umzuwandeln und dabei einen zweiten Gasstrom zu erzeugen, der am Kontaktierabschnitt austritt. Der Absorptionsabschnitt hat eine Einrichtung zum Aufnehmen des zweiten Gasstroms, wenn dieser am NO- in NO&sub2;-Konversionsabschnitt austritt und eine Einrichtung zum Einleiten eines im wesentlichen trockenen, teilchenförmigen Sorptionsmittels in den zweiten Gasstrom. Das Sorptionsmittel entfernt Schwefel- und Stickstoffoxide aus dem Gasstrom. Schließlich ist noch eine Einrichtung zum Entfernen des Sorptionsmittels, das reagiert hat und irgendwelchen Sorptionsmittels, das nicht reagiert hat, aus dem zweiten Gasstrom vorgesehen, um einen sauberen Abzugsgasstrom zu erzeugen, der in die Atmosphäre entlassen wird.An apparatus according to one embodiment has two sections: a conversion section for converting NO to NO₂ and an absorption section for removing SOX and NOX from the gas stream exiting the conversion section. The NO to NO₂ conversion section has a gas line with an inlet and an outlet and a gas contacting section therebetween. Means are provided for introducing a first gas stream containing NO, NO₂ and sulfur oxides into the inlet of the gas line. Means are also provided to introduce an injection gas containing a peroxyl initiator and oxygen into the contacting section of the gas line to contact the gas stream containing NO, NO₂ and sulfur oxide. The peroxyl initiator and oxygen are present in sufficient quantities to convert NO and NO₂ to produce a second gas stream which exits the contacting section. The absorption section has means for receiving the second gas stream as it exits the NO to NO₂ conversion section and means for introducing a substantially dry particulate sorbent into the second gas stream. The sorbent removes sulfur and nitrogen oxides from the gas stream. Finally, means are provided for removing the sorbent which has reacted and any sorbent which has not reacted from the second gas stream to produce a clean exhaust gas stream which is discharged to the atmosphere.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind besser zu verstehen, wenn die folgende detaillierte Beschreibung, die anhängenden Patentansprüche und begleitenden Figuren berücksichtigt werden. Es zeigt:These and other features, aspects and advantages of the present invention will be better understood when considering the following detailed description, the appended claims and accompanying drawings. In the drawings:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kessels und einer zugehörigen Ausrüstung zum Kontrollieren der Verunreinigung, die für die praktische Durchführung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung geeignet ist;Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a boiler and associated pollution control equipment suitable for practice in accordance with the principles of the present invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung im Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1;Fig. 2 is a schematic sectional view taken along section line 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Teilansicht im Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 1;Fig. 3 is a schematic partial sectional view taken along section line 3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 einen Schnitt durch den Vorheizer, der in Fig. 1 dargestellt ist;Fig. 4 is a cross-sectional view of the preheater shown in Fig. 1;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Apparates, welcher zur Durchführung des Beispiels 1 verwendet wird;Fig. 5 is a schematic representation of the apparatus used to carry out Example 1;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Apparates, welcher zur Durchführung des Beispiels 2 verwendet wird;Fig. 6 is a schematic representation of the apparatus used to carry out Example 2;
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Apparates, der zur Durchführung des Beispiels 3 verwendet wird;Fig. 7 is a schematic representation of the apparatus used to carry out Example 3;
Fig. 8 und 9 jeweils eine grafische Darstellung der Ergebnisse des Beispiels 3 unter den folgenden Bedingungen: SO&sub2;-Eingangskonzentration 475 ppm; O&sub2;-Ausgang 4 %; CO&sub2;-Eingang 12 %; H&sub2;O-Eingang weniger als 1 %; Argonträger - ausgeglichen;Figures 8 and 9 each show a graphical representation of the results of Example 3 under the following conditions: SO₂ input concentration 475 ppm; O₂ output 4%; CO₂ input 12%; H₂O input less than 1%; argon carrier - balanced;
Fig. 10 eine grafische Darstellung der prozentualen Entfernung von NOX und SOX als eine Funktion des stöchiometrischen Verhältnisses des verwendetenSorptionsmittels; undFig. 10 is a graphical representation of the percentage removal of NOX and SOX as a function of the stoichiometric ratio of the sorbent used; and
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines NOX-Sorbtionssystems, welches bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung nützlich ist, zur Installation unterhalb eines Sackfiltergehäuses.Fig. 11 is a schematic representation of a NOX sorption system useful in the practice of the present invention for installation below a bag filter housing.
In der Fig. 1 ist eine exemplarische Ausführungsform eines Kontrollsystems für die Verunreinigung eines Kesselabzugsgases gezeigt, das für die praktische Durchführung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Ein Kessel 10 der entweder mit Kohle oder Öl gefeuert wird, hat einen Brennerabschnitt 12, in welchem Luft, die durch ein Gebläse 14 zugeführt wird, beispielsweise in Brennern 15 verbrannt wird, um ein Ofengas bei einer Temperatur von ungefähr 1204,4ºC zu erzeugen.In Fig. 1 there is shown an exemplary embodiment of a boiler flue gas contamination control system suitable for practice in accordance with the principles of the present invention. A boiler 10 fired with either coal or oil has a burner section 12 in which air supplied by a fan 14 is burned, for example in burners 15, to produce a furnace gas at a temperature of about 1204.4ºC.
Das Ofengas (Abzugsgas) enthält Verbrennungsprodukte von den Brennern, unverbrannten Brennstoff und Luft; und enthält auch typischerweise unerwünschte Mengen an SOX, NOX und Schmutzpartikel in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des verbrannten Brennstoffes. Es werden in Übereinstimmung mit der praktischen Durchführung gemaß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung Techniken geschaffen, um solche Verschmutzungen, die SOX und NOX enthalten, vor dem Entlassen des Abzugsgases in die Atmosphäre, zu entfernen. Das Abzugsgas strömt vom Brennerabschnitt 12 durch einen Gehängeabschnitt 16 des Kessels stromabwärts, um dabei Fluid zu erwärmen, welches durch die Rohre 18 fließt. Das Abzugsgas hat bei einer Ausführungsform, wenn es den Gehängeabschnitt verläßt und durch die Leitung 20 strömt, d.h. den rückwärtigen Kesselhohlraum, eine Temperatur von ungefähr 648,9ºC. Von dem rückwärtigen Kesselhohlraum 20 passiert das Abzugsgas einen Konvektionsabschnitt 22 des Kessels, wobei seine Temperatur fällt, da es Fluid aufheizt, welches durch die Rohre 23 des Konvektionsabschnittes fließt. Bei einer Ausführungsform ist die Abzugsgastemperatur am Ausgang des Konvektionsabschnittes ungefähr 426,7ºC. Das Abzugsgas strömt von dem Konvektionsabschnitt durch eine Luft-Vorheizeinrichtung 24, um die dem Kessel zugeführte Luft vorzuheizen und dann in einen Absorptionsabschnitt des Systems (allgemein mit 25 bezeichnet), der in der dargestellten Ausführungsform ein Sackfiltergehäuse 26 hat. Bei einer Ausführungsform hat das Abzugsgas beim Eintreten in den Absorptionsabschnitt des Systems eine Temperatur von ungefähr 162,8ºC. In dem Absorptionsabschnitt wird jedes NOX und SOX in dem Abzugsgas mittels eines teilchenförmigenSorptionsmittels (absorbierenden Mittels) für solches NOX und SOX entfernt. Das Abzugsgas strömt durch Sackfilter 28 (nur eines dargestellt) in dem Sackfiltergehäuse, wo das NOX und SOX zusammen mit mitgerissenen Materialien inklusive dem teilchenförmigenSorptionsmittel, entfernt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird am Sackfiltergehäuse über eine Leitung 30, die das Abzugsgas in die Umgebung leitet, ein sauberes Abzugsgas in die Atmosphäre entlassen.The furnace gas (flue gas) contains combustion products from the burners, unburned fuel, and air; and also typically contains undesirable amounts of SOX, NOX, and contaminants depending on the composition of the fuel burned. Techniques are provided in accordance with the practice of the principles of the present invention to remove such contaminants containing SOX and NOX prior to discharging the flue gas to the atmosphere. The flue gas flows from the burner section 12 downstream through a hanger section 16 of the boiler to thereby heat fluid flowing through tubes 18. The flue gas, in one embodiment, has a temperature of approximately 648.9°C when it leaves the hanger section and flows through conduit 20, i.e., the rear boiler cavity. From the rear boiler cavity 20, the flue gas passes through a convection section 22 of the boiler, where its temperature drops as it heats fluid flowing through the convection section tubes 23. In one embodiment, the flue gas temperature at the exit of the convection section is about 426.7°C. The flue gas flows from the convection section through an air preheater 24 to preheat the air supplied to the boiler and then into an absorption section of the system (generally designated 25) which in the illustrated embodiment has a bag filter housing 26. In one embodiment, the flue gas has a temperature of about 162.8°C upon entering the absorption section of the system. In the absorption section, any NOX and SOX in the flue gas is removed by means of a particulate sorbent (absorbent) for such NOX. and SOX are removed. The flue gas passes through bag filters 28 (only one shown) in the bag filter housing where the NOX and SOX are removed along with entrained materials including the particulate sorbent. In the embodiment shown, a clean flue gas is discharged to the atmosphere at the bag filter housing via a line 30 which directs the flue gas to the environment.
Typischerweise enthält NOX, wenn es den Brennerabschnitt 12 verläßt, ungefähr 95 % NO und ungefähr 5 % NO&sub2;. Es wurde herausgefunden, daß wenn das Mullverhältnis von NO zu No&sub2; im Abzugsgas auf Werte unterhalb von ungefähr 2 abgesenkt ist, überraschend hohe Mengen an entferntem NOX beobachtet werden konnten, was mittels eines teilchenförmigen Absorptionsmittels erfolgte, welches weiter unten als für die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignet beschrieben wird. Daher wird gemäß einer ersten Technik, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, NO im Abzugsgas zu NO&sub2; umgewandelt. Die Umwandlung wird durch Kontaktieren des NO-enthaltenden Abzugsgasstroms mit einem Injektionsgas bewerkstelligt, welches sowohl ein Initiatormaterial für das Peroxyl-Radikal (HO&sub2;) als auch ausreichend Sauerstoff enthält, um NO in NO&sub2; umzuwandeln. Vorzugsweise, wie dies weiter unten detaillierter beschrieben wird, wird der Peroxyl-Initiator erhitzt und verdampft, bevor er das NO-enthaltende Abzugsgas kontaktiert.Typically, NOX as it exits the burner section 12 contains about 95% NO and about 5% NO2. It has been found that when the NO to NO2 ratio in the flue gas is reduced to values below about 2, surprisingly high levels of NOX removed can be observed using a particulate absorbent described below as being suitable for practicing the present invention. Therefore, according to a first technique provided by the present invention, NO in the flue gas is converted to NO2. The conversion is accomplished by contacting the NO-containing flue gas stream with an injection gas containing both a peroxyl radical initiator material (HO2) and sufficient oxygen to convert NO to NO2. Preferably, as described in more detail below, the peroxyl initiator is heated and vaporized before contacting the NO-containing flue gas.
Die Reaktion (Konversion von NO in NO&sub2;) findet bei Anwesenheit eines solchen Peroxyl-Radikals statt. Eine typische Konversionsreaktion bei Verwendung von Propan als Peroxyl- Initiator ist beispielsweise:The reaction (conversion of NO to NO2) takes place in the presence of such a peroxyl radical. A typical conversion reaction when using propane as a peroxyl initiator is, for example:
C&sub3;H&sub8; + O&sub2; T C&sub3;H&sub7; + HO&sub2; (Peroxyl) (I)C₃H�8; + O2 T C₃H�7; + HO2 (Peroxyl) (I)
Diese Reaktion tritt bei ungefähr 450ºC auf. NO wird dann gemäß der folgenden Reaktion in NO&sub2; umgewandelt:This reaction occurs at about 450ºC. NO is then converted to NO₂ according to the following reaction:
NO + HO&sub2; T NO&sub2; + OH (II)NO + HO2 TNO&sub2; + OH (II)
Es wurde gezeigt, daß diese Reaktionen bis zu einem gewünschten Grad nur dann stattfinden, wenn der Prozentsatz des anwesenden Sauerstoffs größer als ungefähr 3% ist. Beispielsweise ist es bekannt, daß eine Konversion von NO in NO&sub2; von weniger als 20% erhalten wird, wenn in dem Abzugsgas 3% überschüssiger O enthalten sind, während eine Konversion von wenigstens 90% erhalten werden kann, wenn der O&sub2;-Überschuß im Abzugsgas auf 9% oder mehr erhöht wird. Kessel arbeiten am effizientesten bei 3 bis 5% O&sub2;-Überschuß im Abzugsgas, in Abhängigkeit von einer Anzahl Faktoren inklusive der Tendenz der Rauchentwicklung, der Effizienz des Brenners bei der Beschleunigung der Luft-/Brennstoff-Vermischung, des Luftvorheizverlustes und/oder anderer Faktoren. Es ist nicht wünschenswert, einen Kessel mit einem O&sub2;-Überschuß von 9% (oder mehr) zu betreiben, was der gewünschte Prozentsatz für die Konversion von O in O&sub2; wäre, da die Größe des Kessels für einen vorgegebenen Ausgang sehr viel größer sein müßte, um die erhöhte Menge der Abzugsgasströmungsgeschwindigkeit aufzunehmen. Zusätzlich kann die Erhöhung des Sauerstoffüberschußes infolge des großen Anteils an Hitzeverlust am Stapel zu einer weniger effizienten Kesseloperation führen.It has been shown that these reactions occur to a desired degree only when the percentage of oxygen present is greater than about 3%. For example, it is known that a conversion of NO to NO2 of less than 20% is obtained when 3% excess O is contained in the flue gas, while a conversion of at least 90% can be obtained when the O2 excess in the flue gas is increased to 9% or more. Boilers operate most efficiently with 3 to 5% excess O2 in the flue gas, depending on a number of factors including the tendency of smoke development, the efficiency of the burner in accelerating air/fuel mixing, air preheat loss and/or other factors. It is undesirable to operate a boiler with an excess of O2 of 9% (or more), which would be the desired percentage for conversion of O to O2, since the size of the boiler for a given output would have to be much larger to accommodate the increased amount of flue gas flow rate. In addition, the increase in excess oxygen can result in less efficient boiler operation due to the large amount of heat lost at the stack.
Wie unten detaillierter beschrieben, werden Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen, die eine gewünschte hohe NO in NO&sub2;-Konversion im Konvektionsabschnitt eines herkömmlichen Kessels bei Abzugsgastemperaturen von ungefähr 426,7ºC bis ungefähr 760ºC ermöglichen.As described in more detail below, techniques are provided in accordance with the present invention that enable a desired high NO to NO2 conversion in the convection section of a conventional boiler at flue gas temperatures of about 426.7°C to about 760°C.
Dies wird ermöglicht, ohne daß der Kessel vergrößert worden ist und bei Aufrechterhaltung der Sauerstoffkonzentration des Abzugsgases im Bereich von 3-5%. Eine derartige NO in NO&sub2;-Umwandlung ist ein bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung.This is possible without increasing the size of the boiler and while maintaining the oxygen concentration of the flue gas in the range of 3-5%. Such NO to NO₂ conversion is an important feature of the present invention.
Um die vorstehend beschriebene Umwandlung von NO in NO&sub2; zu bewerkstelligen, ist gemäß der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung unter nochmaliger Bezugnahme auf die Figur 1 ein Umwandlungssystem oder Apparat, der allgemein mit 32 bezeichnet ist, am Kessel 10 installiert. Bei einer Ausführungsform umfaßt das Umwandlungssystem 32 einen Luftkompressor 34, eine Quelle für das Peroxyl-Initiatormaterial, wie beispielsweise Propan (nicht gezeigt), eine Vormischer-/Vorheizerbaueinheit 35 und ein Gasinjektionsgitter 36. Luft vom Luftkompressor wird im Vormischer/Vorheizer mit einem Peroxyl-Initiator, z.B. Propan, gemischt und das Propan wird erhitzt. Das erhitzte, (verdampfte) Propan wird dann durch eine Leitung 38 in einen (nicht dargestellten) Verteilerkopf und dann in eine Reihe Verteilerrohre 39 geleitet, die das Gasinjektionsgitter 36 bilden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Rohre 39 im rückwärtigen Hohlraum 20 des Kessels 10 direkt in Strömungsrichtung oberhalb des Kessel-Konvektionsabschnittes 22 gelegen.To accomplish the conversion of NO to NO2 described above, in accordance with the practice of the present invention, and referring again to Figure 1, a conversion system or apparatus, generally designated 32, is installed on the vessel 10. In one embodiment, the conversion system 32 includes an air compressor 34, a source of the peroxyl initiator material such as propane (not shown), a premixer/preheater assembly 35, and a gas injection grid 36. Air from the air compressor is mixed with a peroxyl initiator such as propane in the premixer/preheater and the propane is heated. The heated (vaporized) propane is then passed through a line 38 into a manifold header (not shown) and then into a series of manifold tubes 39 which form the gas injection grid 36. In the illustrated embodiment, the tubes 39 are located in the rear cavity 20 of the boiler 10 directly in the flow direction above the boiler convection section 22.
Das Injektionsgitter 36 erstreckt sich vorzugsweise in den rückwärtigen Hohlraum oder Gas-Kontaktierabschnitt des Kessels quer zum Abzugsgasstrom quer zur Gasströmungsrichtung. Die Anordnung der Rohre 39 ist unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 zusätzlich zur Figur 1 besser zu verstehen. Die Vielzahl Rohre 39, welche das Gitter 36 bilden, liegen parallel zueinander mit ihren Längsachsen quer zur Strömungsrichtung des Abzugsgases. Jedes Rohr 39 hat eine Vielzahl Bohrungen 40 entlang seiner Länge, die als Düsen für das verdampfte Propan dienen. Wie am besten aus Figur 1 zu ersehen, sind die Bohrungen vorzugsweise so ausgerichtet, daß die Strömungsrichtung des erhitzten Propans ungefähr im Winkel von 10º bis 20º zu einer imaginären Ebene, welche durch die Reihe läuft, liegt. Dies verschafft dem erhitzten Propan ein Einführen in den Abzugsgasstrom ohne Beaufschlagen der benachbarten Verteilerrohre, wodurch die Rußbildung im Rohr verringert wird und die Sauberkeit der Düsen begünstigt wird. Vorzugsweise wird das erhitzte Propan in der Richtung der Abzugsgasströmung wie dargestellt eingeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Rohre nicht mit Ruß aus den Oxydationsreaktionen des Propans beschichtet, da das verdampfte Propan unterhalb der Verteilerrohre in Strömungsrichtung gesehen, in das Abzugsgas eintritt.The injection grid 36 preferably extends into the rear cavity or gas contacting section of the boiler transverse to the flue gas stream transverse to the gas flow direction. The arrangement of the tubes 39 can be better understood by reference to Figures 2 and 3 in addition to Figure 1. The plurality of tubes 39 forming the grid 36 are parallel to one another with their longitudinal axes transverse to the flue gas flow direction. Each tube 39 has a plurality of bores 40 along its length which serve as nozzles for the vaporized propane. As best seen in Figure 1, the bores are preferably oriented so that the flow direction of the heated propane is approximately at an angle of 10° to 20° to an imaginary plane which through the series. This allows the heated propane to be introduced into the flue gas stream without impacting the adjacent distribution tubes, thereby reducing soot formation in the tube and promoting cleanliness of the nozzles. Preferably, the heated propane is introduced in the direction of the flue gas flow as shown. In the present embodiment, the tubes are not coated with soot from the oxidation reactions of the propane because the vaporized propane enters the flue gas below the distribution tubes as viewed in the flow direction.
Figur 4 zeigt einen halbschematisch dargestellten Querschnitt einer beispielhaften Ausführungsform eines Vormischers/Vorheizers 35, der bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung nützlich ist. Der dargestellte Vormischer/Vorheizer ist eine Modifikation des Typs, der von der Firma John B. Zink Company verkauft wird und als Modell TH-210 bezeichnet wird.Figure 4 shows a semi-schematic cross-section of an exemplary embodiment of a premixer/preheater 35 useful in the practice of the present invention. The premixer/preheater shown is a modification of the type sold by the John B. Zink Company and designated as Model TH-210.
Propan (oder ein anderer derartiger Peroxyl-Initiator) wird in den Vormischer/Vorheizer durch einen Hauptgasanschluß 45 eingeleitet. Luft, Sauerstoff oder rückgeführtes Abzugsgas oder Gemische derselben werden am Eingang 42 eingeleitet. Das Luft-/Propan-Gemisch, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit Sauerstoffüberschuß gemäß der stöchiometrisch erforderlichen Menge zum Verbrennen des Propans versehen ist, wird an einer Brennergasspitze 44, beispielsweise mittels eines Hilfsleiters 46 gezündet. Das Verbrennungsgas, welches durch die Verbrennung von Propan erzeugt worden ist, tritt am Ende eines Mantels 48 aus und vermischt sich mit dem Propan, welches in den Vormischer/Vorheizer über die Anschlüsse 50 eingeleitet worden ist (bei einer Ausführungsform der Verwendung des Vormischers/Vorheizers, wird das Propan auf eine Temperatur zwischen der Umgebungstemperatur und ungefähr 426,7% C aufgeheizt) . Das erhitzte, verdampfte Propan und der Sauerstoffüberschuß (das Injektionsgas) strömen von dem Vormischer/Vorheizer durch die Leitung 38 in die Verteilerrohre 39 des Gitters 36. Vom Gitter 36 wird das Injektionsgas in die Leitung des rückwärtigen Hohlraumes 20 in Strömungsrichtung direkt oberhalb des Kessel-Konvektionsabschnittes 22 eingeleitet.Propane (or other such peroxyl initiator) is introduced into the premixer/preheater through a main gas port 45. Air, oxygen or recirculated flue gas or mixtures thereof are introduced at inlet 42. The air/propane mixture, which in accordance with the present invention is provided with excess oxygen in the amount stoichiometrically required to burn the propane, is ignited at a burner gas tip 44, such as by means of an auxiliary conductor 46. The combustion gas produced by the combustion of propane exits the end of a jacket 48 and mixes with the propane introduced into the premixer/preheater through ports 50 (in one embodiment of using the premixer/preheater, the propane is heated to a temperature between ambient temperature and about 426.7°C). The heated, vaporized propane and the excess oxygen (the injection gas) flow from the premixer/preheater through the line 38 into the distribution pipes 39 of the grid 36. From the grid 36, the injection gas is introduced into the line of the rear cavity 20 in the flow direction directly above the boiler convection section 22.
Das Injektionsgas wird in einer ausreichenden Menge mit einer ausreichenden Geschwindigkeit eingeleitet, um eine Barriere oder Decke dieses Gases zu erzeugen, die sich quer im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des rückwärtigen Hohlraums (Leitung) 20 quer zur Strömungsrichtung des NO- enthaltenden Abzugsgasstromes erstreckt. Der NO-enthaltende Gasstrom kontaktiert das Injektionsgas (den verdampften Peroxyl-Initiator und den Sauerstoff) wenn es (das NO-enthaltende Gas) durch die Leitung strömt.The injection gas is introduced in a sufficient amount at a sufficient rate to create a barrier or blanket of this gas extending transversely across substantially the entire cross-section of the rear cavity (conduit) 20 transverse to the direction of flow of the NO-containing exhaust gas stream. The NO-containing gas stream contacts the injection gas (the vaporized peroxyl initiator and the oxygen) as it (the NO-containing gas) flows through the conduit.
Da das NO in dem Abzugsgas das verdampfte Injektionsgasgemisch kontaktiert, wird das NO in Übereinstimmung mit den vorstehend genannten Reaktionsgleichungen I und II in NO&sub2; umgewandelt.As the NO in the exhaust gas contacts the vaporized injection gas mixture, the NO is converted to NO2 in accordance with the above reaction equations I and II.
Bei einem Ausführungsbeispiel für die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung wird Propan als Peroxylinitiator verwendet. Die Temperatur des erhitzten Propan/Sauerstoff-Gemisches (des Injektionsgases) zum Zeitpunkt der Injektion in den Abzugsgasstrom ist vorzugsweise weniger als ungefähr 426,7% C. Bei höheren Temperaturen als ungefähr 426,7ºC können sich Peroxyl-Radikale bilden bevor das Injektionsgas in den Abzugsgasstrom eingeführt worden ist. Da die Lebensdauer der Peroxyl-Radikale kleiner als ungefähr 40 Millisekunden ist, können solche Radikale, die vor dem Einleiten in das Abzugsgas gebildet worden sind, ausgelöscht werden und damit stehen sie nicht für die Konversionsreaktion zur Verfügung. Daher ist es nicht vorzuziehen, daß das Propan (Injektionsgas) im Vormischer/Vorheizer 35 oder im Injektionsgitter 36 auf eine Temperatur höher als ungefähr 426,7ºC erhitzt wird.In one embodiment of the practice of the present invention, propane is used as the peroxyl initiator. The temperature of the heated propane/oxygen mixture (the injection gas) at the time of injection into the flue gas stream is preferably less than about 426.7°C. At temperatures higher than about 426.7°C, peroxyl radicals may form before the injection gas is introduced into the flue gas stream. Since the lifetime of the peroxyl radicals is less than about 40 milliseconds, such radicals formed prior to introduction into the flue gas may be quenched and thus unavailable for the conversion reaction. Therefore, it is not preferable that the propane (injection gas) in the premixer/preheater 35 or the injection grid 36 be heated to a temperature higher than about 426.7°C.
Vorzugsweise beträgt die O&sub2;-Konzentration des Injektionsgases ungefähr 5 bis ungefähr 20 Vol%. Bei weniger als ungefähr 5% ist ungenügend O&sub2; vorhanden, um die gewünschte hohe Umwandlung von NO in NO&sub2; zu verursachen, wenn das Kesselabzugsgas ebenfalls niedrige Mengen an O&sub2; enthält, die üblicherweise unter 5% liegen. Alternativ ist es nicht ökonomisch oder notwendig, Sauerstoff mit einem Gehalt höher als ungefähr 20% vorzusehen. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Sauerstoffkonzentration, die am Reaktionsort (dem Ort der Umwandlung von NO in NO&sub2;) mittels des hohen Sauerstoffgehaltes im Injektionsgas vorgesehen ist, ausreichend ist, um eine derartige Umwandlung zu bewerkstelligen. Diese Versorgung mit ausreichend Sauerstoff wird, ohne daß Sauerstoffüberschußmengen von 9% (oder mehr) in dem Kesselabzugsgas erforderlich sind, damit ohne Vergrößerung des Kessels bewerkstelligt.Preferably, the O₂ concentration of the injection gas is from about 5 to about 20 vol%. At less than about 5%, there is insufficient O₂ to cause the desired high conversion of NO to NO₂ if the boiler flue gas also contains low levels of O₂, which are usually below 5%. Alternatively, it is not economical or necessary to provide oxygen at a level higher than about 20%. An important feature of the present invention is that the oxygen concentration provided at the reaction site (the site of conversion of NO to NO₂) by means of the high oxygen content in the injection gas is sufficient to effect such conversion. This supply of sufficient oxygen is achieved without requiring excess oxygen levels of 9% (or more) in the boiler exhaust gas, thus without increasing the size of the boiler.
Der NO-enthaltende Gasstrom hat vorzugsweise eine Temperatur von ungefähr 426,7ºC bis ungefähr 760ºC zum Zeitpunkt des Kontaktes mit dem Injektionsgas. Bei einer Temperatur unter 426,7ºC ist die Temperatur nicht ausreichend hoch, um die erforderlichen Peroxylradikale zu erzeugen. Somit findet, wenn überhaupt, eine geringe Konversion statt. Auf der anderen Seite sind, wenn das Abzugsgas eine Temperatur über ungefähr 760ºC hat, verschiedene Kohlenwasserstoff-Radikale vorherrschend und dies bewirkt, daß NO auf Stickstoffgas reduziert wird, anstatt zu NO&sub2; oxydiert zu werden.The NO-containing gas stream preferably has a temperature of about 426.7°C to about 760°C at the time of contact with the injection gas. At a temperature below 426.7°C, the temperature is not sufficiently high to generate the required peroxyl radicals. Thus, little, if any, conversion takes place. On the other hand, if the flue gas has a temperature above about 760°C, various hydrocarbon radicals predominate and this causes NO to be reduced to nitrogen gas rather than being oxidized to NO₂.
Im allgemeinen hat in Kesselsystemen der NO-enthaltende Abzugsgasstrom eine Geschwindigkeit von ungefähr 9,14 m/sec bis zu ungefähr 21,33 m/sec. Das Injektionsgas wird vorzugsweise in die Leitung 20 quer zum Weg des NO-enthaltenden Gasstromes mit einer Geschwindigkeit von mindestens ungefähr dem zehnfachen der Geschwindigkeit des NO-enthaltenden Abzugsgasstromes eingesprüht. Diese hohe Geschwindigkeit für das Injektionsgas ist teilweise erforderlich, so daß ein Mantel oder eine Barriere eines derartigen Injektionsgases sich quer zum gesamten Abzugsgasströmungsweg erstreckt. Somit muß das gesamte Abzugsgas durchströmen und kontaktiert das Injektionsgas, wenn es durch den Kessel- Konvektionsabschnitt läuft.Generally, in boiler systems, the NO-containing flue gas stream has a velocity of about 9.14 m/sec to about 21.33 m/sec. The injection gas is preferably injected into the line 20 across the path of the NO-containing gas stream at a velocity of at least about ten times the velocity of the NO-containing flue gas stream. This high velocity for the injection gas is required in part because that a jacket or barrier of such injection gas extends across the entire flue gas flow path. Thus, all of the flue gas must flow through and contact the injection gas as it passes through the boiler convection section.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform hat ein in den rückwärtigen Hohlraum 20 eintretender NO-enthaltender Abzugsgasstrom eine Temperatur von 648,9ºC und ist mit einer Volumen-Strömungsgeschwindigkeit von 5,569 l/sec bei einer Geschwindigkeit von 9,14 m/sec versehen. Ein Injektionsgas mit einer Temperatur unterhalb von 426,7ºC hat eine Geschwindigkeit von 307 l/sec und wird durch die Verteilerrohre 39 eingeführt, die bei dieser Ausführungsform insgesamt 168 Injektionbohrungen haben, wobei jede Bohrung einen Durchmesser von ungefähr 0,475 cm hat. Die Geschwindigkeit des Injektionsgases bei dieser Ausführungsform beträgt ungefähr 182,8 m/sec. Das Injektionsgas bildet einen Mantel über den gesamten Querschnitt des rückwärtigen Hohlraumes 20 des Kessels. Alle Abzugsgase welche vom Brennerabschnitt 12 in den Kessel-Konvektionsabschnitt 22 strömen, passieren den Injektionsgasmantel. Der Kontakt des NO-enthaltenden Abzugsgases mit dem Injektionsgas führt zu einer Umwandlung des NO in dem Abzugsgas zu NO&sub2;.In an exemplary embodiment, a NO-containing flue gas stream entering the rear cavity 20 has a temperature of 648.9°C and is provided with a volumetric flow rate of 5.569 l/sec at a velocity of 9.14 m/sec. An injection gas having a temperature below 426.7°C has a velocity of 307 l/sec and is introduced through the manifolds 39, which in this embodiment have a total of 168 injection holes, each hole having a diameter of approximately 0.475 cm. The velocity of the injection gas in this embodiment is approximately 182.8 m/sec. The injection gas forms a jacket over the entire cross section of the rear cavity 20 of the vessel. All flue gases flowing from the burner section 12 into the boiler convection section 22 pass through the injection gas jacket. Contact of the NO-containing flue gas with the injection gas results in a conversion of the NO in the flue gas to NO₂.
Obwohl das verdampfte Peroxyl-Initiatormaterial vorstehend mit Bezug auf Propan beschrieben worden ist, ist zu bedenken, daß andere derartige Peroxyl-Initiatormaterialien ebenfalls verwendet werden können. Der Begriff "Peroxylinitiator" wie hierbei verwendet, umfaßt Kohlenwasserstoffe, d.h. Verbindungen, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, Verbindungen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff (sauerstoffsubstituierte Kohlenwasserstoffe) enthalten, und Materialien, welche nur Wasserstoff und Sauerstoff, wie beispielsweise Wasserstoffsuperoxid enthalten. Wasserstoffgas kann ebenfalls verwendet werden.Although the vaporized peroxyl initiator material has been described above with reference to propane, it should be understood that other such peroxyl initiator materials may also be used. The term "peroxyl initiator" as used herein includes hydrocarbons, i.e., compounds consisting only of carbon and hydrogen, compounds containing carbon, hydrogen and oxygen (oxygen-substituted hydrocarbons), and materials containing only hydrogen and oxygen, such as hydrogen peroxide. Hydrogen gas may also be used.
Beispiele für "Peroxyl-Initiatoren", die bei der praktischen Durchführung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung nützlich sind, enthalten, ohne darauf begrenzt zu sein, Propan, Benzol, Äthan, Ethylen, n-Butan, n-Oktan, Methan, Wasserstoff, Methanol, Isobutan, Pentan, Acetylen, Methylalkohol, Ethylalkohol, Aceton, Eisessig, Ethyläther, Propylalkohol, Nitrobenzylalkohol, Methylethylketon, Propylen, Toluen, Formaldehyd, Kampfer, Äther und Glykol und Gemischen derselben. Zusätzlich kann wie vorstehend bereits beschrieben, Wasserstoffperoxyd und Wasserstoffgas verwendet werden.Examples of "peroxyl initiators" useful in practicing the principles of the present invention include, but are not limited to, propane, benzene, ethane, ethylene, n-butane, n-octane, methane, hydrogen, methanol, isobutane, pentane, acetylene, methyl alcohol, ethyl alcohol, acetone, glacial acetic acid, ethyl ether, propyl alcohol, nitrobenzyl alcohol, methyl ethyl ketone, propylene, toluene, formaldehyde, camphor, ether, and glycol, and mixtures thereof. In addition, hydrogen peroxide and hydrogen gas may be used as previously described.
Es wird gedacht, daß die Verwendung von Peroxyl-Initiatoren, die Sauerstoff enthalten, beispielsweise Methanol, Wasserstoffperoxid etc. oder Äther, entweder alleine oder in Kombination mit Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Propan, eine zusätzliche Sauerstoffquelle bilden, die die Umwandlung von NO in NO&sub2; bei niederen Werten Sauerstoffüberschuß im Kessel-Abzugsgas erleichtern sollten.It is thought that the use of peroxyl initiators containing oxygen, e.g. methanol, hydrogen peroxide etc. or ether, either alone or in combination with hydrocarbons such as propane, will provide an additional oxygen source which should facilitate the conversion of NO to NO₂ at low levels of excess oxygen in the boiler flue gas.
Es wurden Versuche durchgeführt, um NO in NO&sub2; in konvektiven Passagen eines Kessels umzuwandeln.Experiments were conducted to convert NO to NO2 in convective passages of a boiler.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Kessels 51, der bei den Versuchen dieses Beispieles verwendet wurde. Der Kessel 51 ist ein 98 kJoule/sec (10 PS) Flammrohrkessel, hergestellt von der Firma McKenna Boiler Works, aof Los Angeles, California. Die Heizoberfläche beträgt 5,95 m² (64 sqft), mit 862 kPa-Eichung (125 psig) Dampfdruckgeschwindigkeit. Der Brenner ist gasgefeuert mit einem Funkenzünder.Figure 5 shows a schematic of a boiler 51 used in the experiments of this example. Boiler 51 is a 98 kJoule/sec (10 hp) fire tube boiler manufactured by McKenna Boiler Works, aof Los Angeles, California. The heating surface area is 5.95 m² (64 sqft), with 862 kPa gauge (125 psig) steam pressure velocity. The burner is gas fired with a spark igniter.
Ein Injektionskopf 52 aus rostfreiem Stahl ragt in die konvektive Passage 54 des Kessels. Der Kopf hat in seinen Wänden 18 radiale Injektionsgasbohrungen 56, (von denen nur 6 dargestellt sind). Die Luftzufuhr zum Kopf erfolgte durch einen Luftkompressor (nicht dargestellt), der so bemessen ist, daß er über 7,3 Standard Liter/Sekunden (7 SCFM) bei 138 kPa Eichung (20 psig) schafft. Der Injektionsdruck des Kopfes für diese Versuche hatte eine 34,5 kPa-Eichung (5,0 psig). Die Gasinjektionstemperatur betrug ungefähr 121,1ºC (250ºF) am Ende des Kopfes, gemessen durch ein Thermoelement (nicht dargestellt) an der einen Seite des Kopfes. Die errechnete Gasströmungsgeschwindigkeit bei 34,5 kPa-Eichung (5,0 psig) beträgt ungefähr 2,5 Standard Liter/sec (5.3 SCFM), und beträgt zwischen 4% und 8% der Gesamtabgas-Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Feuerbedingungen.An injection head 52 made of stainless steel projects into the convective passage 54 of the boiler. The head has in its walls 18 radial injection gas holes 56 (only 6 of which are shown). Air to the head was provided by an air compressor (not shown) rated to provide over 7.3 standard liters/second (7 SCFM) at 138 kPa gauge (20 psig). The head injection pressure for these tests was 34.5 kPa gauge (5.0 psig). The gas injection temperature was approximately 121.1ºC (250ºF) at the end of the head as measured by a thermocouple (not shown) on one side of the head. The calculated gas flow rate at 34.5 kPa gauge (5.0 psig) is approximately 2.5 standard liters/sec (5.3 SCFM), and is between 4% and 8% of the total exhaust flow rate depending on fire conditions.
In dem Bereich der konvektiven Passage in der Nähe des Kopfes wurden detaillierte Temperaturmessungen durchgeführt. Diese Versuche erfolgten während der Injektion von sowohl Luft als auch Propan, um Temperaturmessinformationen zu erhalten, die die Wirkungen des Injektionskopfes bei Feuerbedingungen enthalten.Detailed temperature measurements were taken in the convective passage region near the head. These tests were performed during injection of both air and propane to obtain temperature measurement information that includes the effects of the injection head under fire conditions.
Um diese Versuche durchzuführen, wurde NO-Gas durch eine Öffnung 57 in einen Brenner 58 am Ausgangsende eines Ventilators 60 injiziert. Die Injektionsgeschwindigkeiten von NO-Propan wurden durch Rotar-Durchflußmesser (nicht dargestellt) kontrolliert.To conduct these experiments, NO gas was injected through an orifice 57 into a burner 58 at the outlet end of a fan 60. The injection rates of NO propane were controlled by Rotar flow meters (not shown).
Aus einer Probenöffnung 61 an einem Kesselschornstein 62 wurden mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 70,8 Standard Liter/Stunde (2,5 SCFH) Abzugsgasproben fortlaufend genommen. Die Gasproben wurden durch einen NO-NOX-Analysator und einen Sauerstoffdetektor für die O&sub2;-Überschuß-Messung geleitet.Flue gas samples were continuously taken from a sample port 61 on a boiler stack 62 at a rate of approximately 70.8 standard liters/hour (2.5 SCFH). The gas samples were passed through a NO-NOX analyzer and an oxygen detector for excess O2 measurement.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Abzugsgases wurde mittels zweier Verfahren errechnet. Das erste Verfahren basiert auf der bekannten Geschwindigkeit des NO-Zusatzes und der gemessenen Konzentration von NOX im Schornsteingas.The flue gas flow rate was calculated using two methods. The first method is based on the known rate of NO addition and the measured concentration of NOX in the stack gas.
Dieses Verfahren setzt Abzugsgas-Strömungsgeschwindigkeiten voraus, die niedriger als tatsächlich sind, und zwar infolge der NO-Zerstörung, die in der Flamme auftritt. Das zweite Verfahren basierte auf der gemessenen Erhöhung des Sauerstoffüberschußgehaltes im Abzugsgas verursacht durch den Zusatz einer bekannten Menge von Umgebungsluftzusatz durch den Injektionskopf. Die Menge des NO-Zusatzes wurde während der Versuche nicht variiert.This method assumes flue gas flow rates that are lower than actual due to the NO destruction that occurs in the flame. The second method was based on the measured increase in the excess oxygen content in the flue gas caused by the addition of a known amount of ambient air additive through the injection head. The amount of NO additive was not varied during the tests.
Mittels des ersten Verfahrens wurde mit 29,2 Standard-Litern/Stunde (1,03 SCFH)-Zusatz von NO-Gas, was zu 276 ppm NOX bei 3% O&sub2;, trocken, führte und unter Verwendung des Verbrennungsfaktors von (9565 SCF/MMBTU) bei 3% O&sub2;, trocken für Erdgasbrennstoff, die Abzugsgas-Strömungsgeschwindigkeit von 29,4 Standard-Liter/sec (62,2 SCFM) (3% O&sub2;, trocken) errechnet, was ein Äquivalent zu 117,150 Joules/sec (400.000 BTU/hr) Feuergeschwindigkeit ist.Using the first method, with 29.2 standard liters/hour (1.03 SCFH) addition of NO gas resulting in 276 ppm NOX at 3% O2, dry, and using the combustion factor of (9565 SCF/MMBTU) at 3% O2, dry for natural gas fuel, the flue gas flow rate was calculated to be 29.4 standard liters/sec (62.2 SCFM) (3% O2, dry), which is equivalent to 117,150 joules/sec (400,000 BTU/hr) fire rate.
Mittels des zweiten Verfahrens wurde mit 2,57 Standard-Liter/sec (5,45 SCFM)-Zusatz Umgebungsluft (20,9% O&sub2;) und einer äquivalenten Erhöhung des O&sub2;-Überschuß-Gehaltes im Abzugsgas von 3,4 auf 4,2%, trocken, die Abzugsgas-Strömungsgeschwindigkeit auf 32,2 Standard-Liter/sec (68,2 SCFM) (3% O&sub2;, trocken) errechnet. Der Mittelwert der beiden Verfahren beträgt bei 3% O&sub2; trocken, 30,8 Standard-Liter/sec (65,2 SCFM).Using the second method, with 2.57 standard liters/sec (5.45 SCFM) of ambient air (20.9% O2) added and an equivalent increase in the excess O2 content in the flue gas from 3.4 to 4.2%, dry, the flue gas flow rate was calculated to be 32.2 standard liters/sec (68.2 SCFM) (3% O2, dry). The average of the two methods is 30.8 standard liters/sec (65.2 SCFM) at 3% O2, dry.
Ein spezifischer Vergleich der Kessel-Operationseigenschaften vor und nach dem Einschalten der Injektion von Luft und Propan ist in den folgenden Tabellen 1 und 2 dargestellt. Der erste Versuch (in der Tabelle 1 dargestellt) wurde bei der maximalen Feuergeschwindigkeit von 213.800 Joule/sec (730.000 BTU/hr) durchgeführt. Bei einem O&sub2;-Überschuß von 2,2% wurden ungefähr 2.480 ppm Propan über den Kopf 52 in das Abzugsgas zusammen mit 2,93 Standard-Liter/sec (6,2 SCFM) Umgebungsluft injiziert. Dies führte zu einer Umwandlung von 55% von NO in NO&sub2; bei einer Gastemperatur von 732,2ºC (1350ºF). Die verwendete Propan-Menge betrug ungefähr 6,8% der Gesamtmenge des verwendeten Brennstoffes. Der Gehalt an O&sub2;-Überschuß des Abzugsgases war auf 3,7% erhöht.A specific comparison of the boiler operating characteristics before and after turning on the injection of air and propane is presented in Tables 1 and 2 below. The first test (shown in Table 1) was conducted at the maximum firing rate of 213,800 joules/sec (730,000 BTU/hr). At an O₂ excess of 2.2%, approximately 2,480 ppm propane was injected via head 52 into the flue gas along with 2.93 standard liters/sec (6.2 SCFM) of ambient air. This resulted in a conversion of 55% of NO to NO₂ at a gas temperature of 732.2ºC (1350ºF). The amount of propane used was approximately 6.8% of the total amount of fuel used. The excess O₂ content of the flue gas was increased to 3.7%.
Bei dem zweiten Versuch (in der Tabelle 2 dargestellt) wurde die Feuergeschwindigkeit auf ungefähr 60% des Maximalwertes reduziert, was zu einer Erhöhung des O&sub2;-Überschußgehaltes führte, was normalerweise erwartet wurde. Mit dem O&sub2; bei 3,4% wurden ungefähr 1900 ppm Propan in das Abzugsgas zusammen mit ungefähr 2,60 Standard-Liter/sec (5,5 SCFM) Umgebungsluft injiziert. Dies führte zu einer Umwandlung von 71% des NO in NO&sub2; bei einer Gastemperatur von 656,6ºC (1230ºF). Die Menge des verwendeten Propans betrug ungefähr 5,4% des verwendeten Gesamtbrennstoffes. Der O&sub2;- Überschußgehalt des Abzugsgases war auf 4,2% erhöht.In the second experiment (shown in Table 2), the fire rate was reduced to approximately 60% of the maximum value, resulting in an increase in the excess O2 content, which would normally be expected. With the O2 at 3.4%, approximately 1900 ppm of propane was injected into the flue gas along with approximately 2.60 standard liters/sec (5.5 SCFM) of ambient air. This resulted in a conversion of 71% of the NO to NO2 at a gas temperature of 656.6ºC (1230ºF). The amount of propane used was approximately 5.4% of the total fuel used. The excess O2 content of the flue gas was increased to 4.2%.
Diese Versuche zeigen, daß hohe Werte an NO in NO&sub2;-Umwandlung erzielt werden können, indem ein vorgemischtes Gas, welches Umgebungsluft und Propan enthält, in einen herkömmlichen Kessel an einem Ort injiziert wird, wo das Abzugsgas innerhalb eines geeigneten Temperaturbereiches von 426,7ºC (800ºF) bis 760ºC (1400ºF) liegt. Umwandlungsprozentsätze zwischen 55% und 71% wurden über einen breiten Bereich von Feuerungsbedingungen erhalten und die Erhöhung des O&sub2;-Überschusses im Abzugsgas verursacht durch den Injektionskopf, wurde auf weniger als 1,0% oberhalb des Anfangswertes begrenzt.These tests demonstrate that high levels of NO to NO2 conversion can be achieved by injecting a premixed gas containing ambient air and propane into a conventional boiler at a location where the flue gas is within a suitable temperature range of 426.7ºC (800ºF) to 760ºC (1400ºF). Conversion percentages between 55% and 71% were obtained over a wide range of firing conditions and the increase in excess O2 in the flue gas caused by the injection head was limited to less than 1.0% above the initial value.
Diese Umwandlung von NO in NO&sub2; wurde erreicht, ohne daß die Abzugsgas-Temperaturen abgeschreckt wurden. Beispielsweise fand bei den ausgeführten Versuchen, die Umwandlung in einer Zeitspanne von ungefähr 40 m/sec statt und der Abzugsgas-Temperaturabfall, der durch die Kühlwirkung des Injektionsgases verursacht wurde, betrug nur ungefähr 10ºC (50ºF) bis ungefähr 26,7ºC (80ºF). Der Temperaturanstieg des Abzugsgases und des Injektionsgases jedoch, der durch die exotherme Oxidation des Propans verursacht wurde, beträgt ungefähr 104,4ºC (220ºF) bis ungefähr 154,4ºC (310ºF) und liefert damit eine Nettoerhöhung der Abzugsgastemperatur im Bereich des Injektionspunktes des Kopfes und im Mischbereich, wo die Umwandlung von NO in NO&sub2; stattfindet. TABELLE I Vor der Propaninjektion Nach der Propaninjektion Feuerungs-Geschwindigkeit: Abzugsgas-Strömungsgeschw.: Kopftiefe: Abgastemperatur: Injektionsdruck: Injektionsgas in Prozent: Propan-Geschwind.: Propan/Abzugsgas: Abzugsgas-Sauerstoff: NO Konzentration, 3% O&sub2;, trocken: Prozentsatz der NO-Umwandlung: Standard-Liter/Sekunde (naß) Null (trocken) Basis TABELLE II Vor der Propaninjektion Nach der Propaninjektion Feuerungs-Geschwindigkeit: Abzugsgas-Strömungs-Geschw.: Standard-Lit/sec Kopftiefe: Abzugsgas-Temp.: Injektionsdruck: Prozentsatz Injektionsgas: Propan-Geschwind.: Propan-/Abzugsgas: Abzugsgas-Sauerstoff: NO Konzentration, 3% O&sub2;, trocken: Prozentsatz NO-Umwandlung: Standard-Lit./Sekunde (naß) Null (trocken) BasisThis conversion of NO to NO₂ was achieved without quenching the flue gas temperatures. For example, in the experiments carried out, the conversion took place in a time period of about 40 m/sec and the flue gas temperature drop caused by the cooling effect of the injection gas was only about 10ºC (50ºF) to about 26.7ºC (80ºF). The temperature rise However, the flue gas and injection gas temperature increase caused by the exothermic oxidation of the propane is from about 104.4ºC (220ºF) to about 154.4ºC (310ºF), thus providing a net increase in the flue gas temperature in the region of the injection point of the head and in the mixing region where the conversion of NO to NO₂ takes place. TABLE I Before Propane Injection After Propane Injection Combustion Rate: Flue Gas Flow Rate: Head Depth: Exhaust Temperature: Injection Pressure: Injection Gas Percent: Propane Rate: Propane/Flue Gas: Flue Gas Oxygen: NO Concentration, 3% O₂, dry: Percent NO Conversion: Standard Liters/Second (Wet) Zero (Dry) Basis TABLE II Before Propane Injection After Propane Injection Firing Rate: Flue Gas Flow Rate: Standard Lit/sec Head Depth: Flue Gas Temp.: Injection Pressure: Percent Injection Gas: Propane Rate: Propane/Flue Gas: Flue Gas Oxygen: NO Concentration, 3% O₂, dry: Percent NO Conversion: Standard Lit/sec (wet) Zero (dry) Base
Nachdem das Abzugsgas durch die Konversionszone geströmt ist, in der NO in NO&sub2; umgewandelt worden ist, strömt wie unter erneuter Bezugnahme auf die Figur 1 zu ersehen ist, das Abzugsgas mit den reduzierten Gehalten an NO und erhöhten Gehalt an NO&sub2; vom Konvektionsabschnitt des Kessels 10 (der NO in NO&sub2; Konversionsabschnitt) durch einen Luft-Vorheizabschnitt 24 und dann in den Absorptionsabschnitt 25 des Systems. (Da die Umwandlung von NO in NO&sub2; im Bereich des Kessels zwischen dem Gitter 36 und den obersten Rohren 23 im Konvektionsabschnitt 22 stattfindet, wird dieser Raum im nachfolgenden als '"Konversionsabschnitt" bezeichnet).After the flue gas has passed through the conversion zone where NO has been converted to NO2, referring again to Figure 1, the flue gas with the reduced levels of NO and increased levels of NO2 flows from the convection section of the boiler 10 (the NO to NO2 conversion section) through an air preheat section 24 and then into the absorption section 25 of the system. (Since the conversion of NO to NO2 takes place in the area of the boiler between the grid 36 and the top tubes 23 in the convection section 22, this space is hereinafter referred to as the "conversion section").
Der Absorptionsabschnitt des Systems hat bei einer Ausführungsform Mittel zum Aufnehmen des Gasstromes wie dieser am NO in NO&sub2;-Konversionsabschnittsaustritt und Mittel zum Einleiten eines im Wesentlichen trockenen, teilchenförmigen Sorptionsmittels in den Gasstrom zum Absorbieren der Oxide des Schwefels und des Stickstoffes aus dem Gasstrom, um ein Sorptionsmittel, welches reagiert hat, zu schaffen. Es ist weiterhin eine Einrichtung zum Entfernen des Sorptionsmittels, welches reagiert hat, und jeglichen Sorptionsmittels, welches nicht reagiert hat aus dem Gasstrom vorgesehen, um einen reinen Abgasstrom zu erzeugen, der in die Atmosphäre entlassen werden kann.The absorption section of the system in one embodiment has means for receiving the gas stream as it exits the NO to NO2 conversion section and means for introducing a substantially dry particulate sorbent into the gas stream to absorb the oxides of sulfur and nitrogen from the gas stream to provide a reacted sorbent. Means are further provided for removing the reacted sorbent and any unreacted sorbent from the gas stream to provide a clean exhaust gas stream that can be discharged to the atmosphere.
Bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird ein teilchenförmiges, auf Natrium basierendes Sorptionsmittel, wie beispielsweise TronaR oder Nahcolit am Eingang in das Sackfiltergehäuse 26 eingeleitet (TronaR ist Na&sub2;CO&sub3; NaHCO&sub3; 2H&sub2;O, wobei Nahcolit NaHCO&sub3; ist). Das frische Sorptionsmittel wird in einem oder mehreren Trichtern 64 gelagert und durch ein drehendes Sperrventil 66, welches unterhalb des Trichters 64 angeordnet ist, in einen Luftstrom geführt, der durch ein Gebläse 68 erzeugt wird. Ein Teil des Sorptionsmittels, welches nur teilweise reagiert hat, und welches aus den Trichtern 69 des Sackfiltergehäuses stammt, wird über die drehenden Sperrventile 67, die unter den Trichtern 69 angeordnet sind, in einen Luftstrom zurückgeführt, der durch das Gebläse 68 erzeugt wird. In Abhängigkeit von dem Aschegehalt des Primärbrennstoffes kann bis zu 85% des Sorptionsmittels an den Sackfiltergehäuse- Trichter 69 recycled werden, um die Sorptionsmittelausnutzung und Effektivität der NOX/SOX Sorptionsreaktion zu erhöhen. Der Rest des Sorptionsmittels aus den Sackfiltergehäuse-Trichter 69 wird als eingespartes Sorptionsmaterial ausgegeben (falls gewünscht, kann das Transportmedium für das Sorptionsmittel Dampf oder Abzugsgas oder dergleichen, oder Gemische aus Dampf und Abzugsgas mit Luft sein). Der Luftstrom und das mitgerissene Sorptionsmittel passiert mehrere Bohrungen oder Düsen (nicht dargestellt) in einer Reihe von Rohren 70, die in den Weg des Abzugsgasstromes in der Nähe des Einganges in das Sackfiltergehäuse ragen. Es ist auch möglich, einen Abzugsgas-Sorptionsmittel-Verteilerkopf oder Leitungen 27 mit getrennten Ausgabeöffnungen 29 vorzusehen, um eine gleichförmige Verteilung des Abzugsgases und des Sorptions-Materials an den Sackfiltergehäuse- Filterflächen zu begünstigen. Das teilchenförmige Sorptionsmittels reagiert mit NOX und den Oxiden von Schwefel (NOX) in dem Abzugsgas, um SOX und NOX aus dem Abzugsgas zu entfernen. Die mittlere Teilchengröße des verwendeten Sorptionsmittels ist vorzugsweise kleiner als ungefähr 60 um, um die Gas-Festkörper-Verteilung in dem Gasstrom zu verbessern, was wiederum eine gleichförmigere Verteilung der Festpartikelchen an den Sackfiltergehäuse-Filterflächen begünstigt, was zu einer wirksameren Absorption von SOX und NOX aus dem Gas führt. Das Abzugsgas und die Sorptionsmittelteilchen treten in das Sackfiltergehäuse dort ein, wo das Gas durch die Filterflächen 28 strömt und wird als reines Abzugsgas durch die Leitung 30 in den Kamin geführt und dann in die Atmosphäre entlassen. Die Düsen 29 erstrecken sich vorzugsweise vom Verteilerkopf 27 aus und richten das Abzugsgas nach oben in die Sackfilter-Filterflächen. Die Sorptionsmittelteilchen werden aus dem Abzugsgas durch die Filterflächen, welche in den Säcken getragen sind, ausgefiltert. Während eines regelmäßigen Sackreinigungszyklus werden die Sorptionsmittelteilchen plus aller unverbrennbaren Asche aus dem Brennstoff entfernt und fallen in die Ausgabetrichter 69 und werden entweder weggeworfen oder für weitere Verwendung recycled. Das Recyclingverhältnis kann durch geeignetes Anschließen von Drehsperrventilen und Transportleitungen (nicht dargestellt) eingestellt werden.In the embodiment shown in Figure 1, a particulate sodium-based sorbent such as TronaR or Nahcolite is introduced into the baghouse filter housing 26 at the entrance (TronaR is Na2CO3 NaHCO3 2H2O, where Nahcolite is NaHCO3). The fresh sorbent is stored in one or more hoppers 64 and passed through a rotating check valve 66 located below the hopper 64 into an air stream generated by a blower 68. A portion of the sorbent which has only partially reacted and which originates from the hoppers 69 of the baghouse filter housing is returned to an air stream generated by the blower 68 via the rotating check valves 67 located below the hoppers 69. Depending on the ash content of the primary fuel, up to 85% of the sorbent can be recycled to the baghouse hopper 69 to increase the sorbent utilization and effectiveness of the NOX/SOX sorption reaction. The remainder of the sorbent from the baghouse hopper 69 is output as saved sorbent material (if desired, the transport medium for the sorbent can be steam or flue gas or the like, or mixtures of steam and flue gas with air). The air stream and the entrained sorbent passes a plurality of holes or nozzles (not shown) in a series of tubes 70 extending into the path of the flue gas stream near the entrance to the baghouse filter housing. It is also possible to provide a flue gas sorbent distribution head or conduits 27 with separate discharge openings 29 to promote uniform distribution of the flue gas and sorbent material to the baghouse filter surfaces. The particulate sorbent reacts with NOX and the oxides of sulfur (NOX) in the flue gas to remove SOX and NOX from the flue gas. The average particle size of the sorbent used is preferably less than about 60 µm to improve gas-solid distribution in the gas stream, which in turn promotes more uniform distribution of the solid particles to the baghouse filter surfaces, resulting in more effective absorption of SOX and NOX from the gas. The flue gas and sorbent particles enter the bag filter housing where the gas passes through the filter surfaces 28 and is passed as pure flue gas through the line 30 into the stack and then released to the atmosphere. The nozzles 29 preferably extend from the header 27 and direct the flue gas upward into the bag filter filter surfaces. The sorbent particles are filtered out of the flue gas by the filter surfaces carried in the bags. During a regular bag cleaning cycle, the sorbent particles plus any unburnable ash are removed from the fuel and fall into the discharge hoppers 69 and are either discarded or recycled for further use. The recycling ratio can be adjusted by appropriately connecting rotary shut-off valves and transfer lines (not shown).
Die chemischen Vorgänge, die bei der Entfernung der Oxide des Schwefels und des Stickstoffs aus einem Abzugsgas unter Verwendung eines auf Natrium basierenden Sorptionsmittels, wie beispielsweise Natriumbikarbonat, beteiligt sind, können anhand der folgenden Gleichungen verstanden werden:The chemical processes involved in the removal of sulphur and nitrogen oxides from a flue gas using a sodium-based sorbent, such as sodium bicarbonate, can be understood using the following equations:
SO&sub2; + 2NaHCO&sub3; T Na&sub2;SO&sub3; + H&sub2;O + 2CO&sub2; (III);SO2; + 2NaHCO3 TNa₂SO₃ + H₂O + 2CO₂ (III);
1/2NO&sub2; + Na&sub2;SO&sub3; T Na&sub2;SO&sub4; + 1/4N&sub2; (IV)1/2NO2 + Na₂SO₃ TNa₂SO₄ + 1/4N2 (IV)
Die Gesamtreaktion ist durch die folgende Gleichung gegeben:The overall reaction is given by the following equation:
SO&sub2; + 1/2NO&sub2; + 2NaHCO&sub3; T Na&sub2;SO&sub4; + H&sub2;O + 2CO&sub2; + 1/4N&sub2; (V)SO2; + 1/2NO2 + 2NaHCO3 TNa₂SO₄ + H₂O + 2CO₂ + 1/4N2 (V)
Es ist auch so, daß die folgende Reaktion stattfindet:It is also the case that the following reaction takes place:
NO&sub2; + NaHCO&sub3; NaNO&sub3; + CO&sub2; + 1/2H&sub2;O (VI)NO2 + NaHCO3 NaNO3; + CO2 + 1/2H₂O (VI)
Aus den vorstehenden Reaktionsgleichungen ist zu ersehen, daß SO&sub2; im Abzugsgas anwesend sein muß, damit NO&sub2; durch NaHcO&sub3; entfernt werden kann. Stickoxid (NO) wird ebenfalls vom NaHCO&sub3;-Material oder durch Trona-Material bei Anwesenheit von SO&sub2; absorbiert, und bildet NaNO&sub2; als Nebenprodukt in einer Reaktion ähnlich wie die Reaktion VI. Das NaNO&sub2;- Nebenprodukt kann in Kontakt mit dem Abzugsgas zu NaNO&sub3; oxidiert werden.From the above reaction equations, it can be seen that SO2 must be present in the flue gas for NO2 to be removed by NaHcO3. Nitric oxide (NO) is also absorbed by the NaHCO3 material or by trona material in the presence of SO2, forming NaNO2 as a byproduct in a reaction similar to reaction VI. The NaNO2 byproduct can be oxidized to NaNO3 in contact with the flue gas.
Eine andere Reaktion, die beobachtet worden ist, ist die Umwandlung von etwas Stickoxid (NO) in Stickstoffdioxid (NO&sub2;) während der Absorption von NOX und SOX durch die trockenen, auf Natrium basierenden Sorptionsmittelteilchen. Die Chemie dieser Reaktion ist nicht vollständig zu verstehen, ist aber wie im Beispiel 7 beschrieben, bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung nützlich bei der Reduzierung der Gesamtmenge des Stickstoffdioxides (NO&sub2;), welches an dem SOX/NOX-Absorptionsabschnitt abgegeben wird. Um zu verifizieren, daß Stickstoffdioxid (NO&sub2;) absorbiert ist, wurden Versuche durchgeführt, wobei NOX verwendet wurde, welches kein Stickoxid (NO) enthielt, wie dies anhand der Beispiele 2 und 3 beschrieben wird.Another reaction that has been observed is the conversion of some nitric oxide (NO) to nitrogen dioxide (NO2) during absorption of NOX and SOX by the dry sodium-based sorbent particles. The chemistry of this reaction is not fully understood, but as described in Example 7, is useful in the practice of the present invention in reducing the total amount of nitrogen dioxide (NO2) released at the SOX/NOX absorption section. To verify that nitrogen dioxide (NO2) is absorbed, experiments were conducted wherein NOX which did not contain nitrogen oxide (NO), as described in Examples 2 and 3.
Die Umwandlung von etwas NO in NO&sub2; während der gleichzeitigen Absorption von SOX und NOX durch das auf Natrium basierende Sorptionsmittel bringt die Sprache auf die Notwendigkeit, Stickstoffdioxid (NO&sub2;) unterhalb des auf Natrium basierenden Absorptionsabschnittes zu entfernen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Metalloxid-Absorptionsabschnitt für die Entfernung von NOX im allgemeinen und NO&sub2; im Besonderen verwendet. Das Metalloxid kann leicht durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb von 371,1ºC (700ºF) regeneriert werden, wobei ein Abgasstrom erzeugt wird, der Stickstoffoxid (NO) enthält. Dieser Abgasstrom kann zu den Hauptbrennern im Kessel zurückgeführt werden, wo der größte Teil des Sonderstickstoffoxids (NO) in der Flammenzone zerstört wird.The conversion of some NO to NO2 during the simultaneous absorption of SOX and NOX by the sodium-based sorbent brings to light the need to remove nitrogen dioxide (NO2) below the sodium-based absorption section. In one embodiment of the present invention, a metal oxide absorption section is used for the removal of NOX in general and NO2 in particular. The metal oxide can be readily regenerated by heating to a temperature above 371.1°C (700°F) to produce an exhaust gas stream containing nitrogen oxide (NO). This exhaust gas stream can be returned to the main burners in the boiler where most of the special nitrogen oxide (NO) is destroyed in the flame zone.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der Sorptionsmittel Trona und Nahcolit beschrieben worden ist, können auch andere als auf Natrium basierende Sorptionsmittel, wie beispielsweise auf Kalzium basierende Sorptionsmittel, wie beispielsweise Ca(OH)&sub2;, verwendet werden. Zusätzlich kann gelöschter Kalk, der mit einer auf Natrium basierenden Flüssigkeit hergestellt worden ist, um ein getrocknetes Ca(OH)&sub2;-Pulver mit einer mit Natrium angereicherten Teilchenoberfläche zu erhalten, verwendet werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthalten die Sorptionsmittelteilchen ein Gemisch von ungefähr 15 Gew% NaHCO&sub3; und 85 Gew% Ca(OH)&sub2;. (Das Sorptionsmittel enthält vorzugsweise wenigstens ungefähr 5% NaHCO&sub3;, Na&sub2;CO&sub3; oder Gemische derselben). Falls gewünscht, kann alternativ anstatt daß die Absorptionsmittelteilchen in den Abgasstrom am Eingang des Sackfiltergehäuses eingeführt werden, das Absorptionsmittel in den Gasstrom in einen Sprühtrockner eingeführt werden, wobei der Ausgang des Sprühtrockners in das Sackfiltergehäuse ausgegeben wird.Although the present invention has been described above with reference to the sorbents trona and nahcolite, sorbents other than sodium-based sorbents may also be used, such as calcium-based sorbents such as Ca(OH)2. Additionally, slaked lime prepared with a sodium-based liquid to obtain a dried Ca(OH)2 powder having a sodium-enriched particle surface may be used. In an exemplary embodiment, the sorbent particles contain a mixture of about 15 wt% NaHCO3 and 85 wt% Ca(OH)2. (The sorbent preferably contains at least about 5% NaHCO3, Na2CO3, or mixtures thereof). Alternatively, if desired, instead of introducing the absorbent particles into the exhaust gas stream at the inlet of the bag filter housing, the absorbent may be introduced into the gas stream into a spray dryer, with the outlet of the spray dryer being discharged into the bag filter housing.
Bei noch einer anderen Ausführungsform für die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung hat die Absorptionszone zwei Abschnitte. In einem ersten Abschnitt der Absorptionszone wird der Abzugsgasstrom, welcher in die NO in NO&sub2;-Konversionszone eintritt (der zweite Gasstrom) mit Sorptionsmittelteilchen für Oxide des Stickstoffes und des Schwefels in Berührung gebracht, um dabei die Oxide von Stickstoff und Schwefel aus dem Gasstrom zu entfernen, welcher einen dritten Gasstrom bildet. Der dritte Gasstrom wird dann in einen zweiten Abschnitt der Absorptionszone geleitet, in welcher der dritte Gasstrom und die Sorptionsmittelteilchen ein flüssiges Sorptionsmittel für NO&sub2; und Schwefeloxide kontaktieren. Das flüssige Sorptionsmittel entfernt NO&sub2; und Schwefeloxide, die nicht durch das teilchenförmige Sorptionsmittel entfernt worden sind, und entfernt auch die Sorptionsmittelteilchen.In yet another embodiment for practicing the present invention, the absorption zone has two sections. In a first section of the absorption zone, the exhaust gas stream entering the NO to NO2 conversion zone (the second gas stream) is contacted with sorbent particles for oxides of nitrogen and sulfur to thereby remove the oxides of nitrogen and sulfur from the gas stream, which forms a third gas stream. The third gas stream is then passed to a second section of the absorption zone in which the third gas stream and the sorbent particles contact a liquid sorbent for NO2 and sulfur oxides. The liquid sorbent removes NO2 and sulfur oxides not removed by the particulate sorbent and also removes the sorbent particles.
Das Molverhältnis von SO&sub2;/NOX hat eine Auswirkung auf die Menge des aus dem Abzugsgas durch das teilchenförmige Sorptionsmittel, wie es bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wenn beispielsweise NaHCO&sub3; verwendet wird, ist es vorzuziehen, daß das Verhältnis von SO&sub2;/NOX größer als ungefähr 3 ist und insbesondere vorzuziehen, daß das Verhältnis größer als ungefähr 5 ist. Wenn ein Brennstoff mit hohem Schwefelanteil verbrannt wird, kann das Verhältnis von SO&sub2; mit 30 : 1 hoch sein und wenn ein Brennstoff mit niedrigem Schwefelanteil verbrannt wird, kann das Verhältnis von SO&sub2;/NOX mit 1 : 1 niedrig sein. Somit kann durch die Auswahl des zu verbrennenden Brennstoffes das Verhältnis in dem bevorzugten Bereich gehalten werden, in welchem das trockene Sorptionsmittel verwendet wird.The molar ratio of SO2/NOX has an effect on the amount of SO2/NOX removed from the flue gas by the particulate sorbent used in the practice of the present invention. For example, when NaHCO3 is used, it is preferable that the ratio of SO2/NOX be greater than about 3, and especially preferable that the ratio be greater than about 5. When a high sulfur fuel is burned, the ratio of SO2 can be as high as 30:1, and when a low sulfur fuel is burned, the ratio of SO2/NOX can be as low as 1:1. Thus, by selecting the fuel to be burned, the ratio can be kept within the preferred range in which the dry sorbent is used.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung strömt Abzugsgas mit reduziertem Gehalt an NO und erhöhtem Gehalt an NO&sub2; vom Konversionsabschnitt des Kessels zu einem herkömmlichen Naßreiniger. Bei dieser Ausführungsform hat der Naßreiniger ein flüssiges Sorptionsmittel oder Sorptionsmittel für die Entfernung von SO&sub2;, beispielsweise eine Lauge wie beispielsweise Ca(OH)&sub2; oder CaCO&sub3;, mit dem Zusatz von NaOH oder Na&sub2;CO&sub3; für die verbesserte Entfernung von NO&sub2;. Vorzugsweise enthält die Lauge wenigstens 5 Gew% Natriumbestandteile. SO&sub2; und NO&sub2; werden über den Reiniger entfernt und das saubere Abzugsgas wird in die Atmosphäre entlassen. Die Entfernung von NOX bei dieser Ausführungsform kann unter Verwendung von EDTA oder anderen bekannten Zusätzen, wie beispielsweise Eisensulfat oder Eisenchelat in der Reinigungsflüssigkeit erhöht werden.In another embodiment of the present invention, flue gas with reduced content of NO and increased NO₂ content from the conversion section of the boiler to a conventional wet scrubber. In this embodiment, the wet scrubber has a liquid sorbent or sorbents for the removal of SO₂, for example a caustic such as Ca(OH)₂ or CaCO₃, with the addition of NaOH or Na₂CO₃ for enhanced NO₂ removal. Preferably, the caustic contains at least 5 wt% sodium components. SO₂ and NO₂ are removed via the scrubber and the clean flue gas is released to the atmosphere. The removal of NOX in this embodiment can be increased by using EDTA or other known additives such as ferrous sulfate or iron chelate in the scrubbing liquid.
Unter Bezugnahme auf Figur 6 wurde eine Reihe von Versuchen mit einer Skala, die auf einen Bezugspunkt bezogen ist, durchgeführt, um die Wirksamkeit der Kontaktierung der Gasströme mit dem pulverisierten Trona und Nahcolit zum Entfernen von SOX und/oder NOX aus demselben, zu bestimmen.Referring to Figure 6, a series of tests were conducted with a scale referenced to a reference point to determine the effectiveness of contacting the gas streams with the powdered trona and nahcolite to remove SOX and/or NOX therefrom.
Ein erhitztes Reaktorrohr 70 aus rostfreiem Stahl wurde an seinem jeweils oberen und unteren Ende mit Glasfaserstöpseln 72 und 74 verschlossen. In die oberen und unteren Enden des Reaktors wurden Rohrkappen 76 und 78 eingeschraubt, um die Glasfaserstöpsel an ihrem Ort zu halten. Separat komprimierte Gaszylinder 80 und 82, die jeweils NO&sub2; (plus trockener Luft) enthalten, sind über eine elektrisch geheizte Probenleitung 84 jeweils mit der Oberseite des Reaktorrohres 70 verbunden. Die Probenleitung 84 tritt an der Oberseite des Reaktors 70 durch eine Bohrung in der Rohrkappe 76 ein. Eine Steueröffnung 86 ist vorgesehen, um trockenes, teilchenförmiges Trona und/oder Nahcolit in den Reaktor zu injizieren. Zwischen dem Boden (Ausgang) des Reaktors und einem NOX/SOX-Gasanalysator 89 ist eine Leitung 88 vorgesehen. Die Zusammensetzung des Nahcolit, welches bei diesen Versuchen verwendet wurde, hatte wenigstens ungefähr 93% NaHCO&sub3;, zwischen ungefähr 1 und 3% Na&sub2;CO&sub3; ungefähr 0,5% NaCl mit einer Ausgleichsfeuchtigkeit. Die Zusammensetzung des verwendeten Trona war ungefähr 33-37% Na&sub2;CO&sub3;, 22-27% NaHCO&sub3;, 4-8% NaCl, 5-7% Na&sub2;SO&sub4;, 6-10% wasserunlösliche Stoffe und 12-21% Gesamt-H&sub2;O.A heated stainless steel reactor tube 70 was closed at its top and bottom ends with fiberglass plugs 72 and 74, respectively. Tube caps 76 and 78 were screwed into the top and bottom ends of the reactor to hold the fiberglass plugs in place. Separately compressed gas cylinders 80 and 82, each containing NO2 (plus dry air), are connected to the top of the reactor tube 70 via an electrically heated sample line 84. The sample line 84 enters the top of the reactor 70 through a hole in the tube cap 76. A control port 86 is provided to inject dry, particulate trona and/or nahcolite into the reactor. A line 88 is connected between the bottom (outlet) of the reactor and a NOX/SOX gas analyzer 89. 88. The composition of the nahcolite used in these experiments was at least about 93% NaHCO₃, between about 1 and 3% Na₂CO₃, about 0.5% NaCl with equilibrium moisture. The composition of the trona used was about 33-37% Na₂CO₃, 22-27% NaHCO₃, 4-8% NaCl, 5-7% Na₂SO₄, 6-10% water insolubles and 12-21% total H₂O.
Im allgemeinen wurden die Versuche ausgeführt durch Erhitzen des Reaktors und der Probenleitungen auf eine gewünschte Temperatur. Nachdem der NOX/SOX-Gasanalysator kalibriert worden ist, wurden dann die Ventile 90 und 91 an den Ausgängen der Zylinder 80 und 82 geöffnet, um eine gewünschte Strömungsgeschwindigkeit von NO&sub2; und SO&sub2; durch den Apparat zu erzeugen. Die Zylinder 80 und 82 enthielten NO&sub2; und SO&sub2; in Spuren vermischt mit trockener Luft als Trägergas. Die Teile pro Million (ppm) von SO&sub2; und NO&sub2;, die in den Eingang des Reaktorgefäßes eintraten, wurden aufgezeichnet. Dann wurde ein trockenes Sorptionsmittel in den Reaktor über die Injektionsöffnung 86 injiziert. Die ppm von SO&sub2; und NO&sub2;, die am Reaktor austraten, wurden gemessen und die Prozentsätze des entfernten NO&sub2; und SO&sub2; wurden aufgezeichnet.In general, the experiments were carried out by heating the reactor and sample lines to a desired temperature. After the NOX/SOX gas analyzer was calibrated, valves 90 and 91 at the outlets of cylinders 80 and 82 were then opened to produce a desired flow rate of NO₂ and SO₂ through the apparatus. Cylinders 80 and 82 contained NO₂ and SO₂ in trace amounts mixed with dry air as a carrier gas. The parts per million (ppm) of SO₂ and NO₂ entering the inlet of the reactor vessel were recorded. A dry sorbent was then injected into the reactor via injection port 86. The ppm of SO₂ and NO₂ exiting the reactor were measured and the percentages of NO₂ and SO₂ removed were recorded.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den folgenden Tabellen dargestellt. TABELLE III Injektionsversuch mit TRONA bei 87,8ºC (190ºF) Reaktor-Temperatur Zeit (min) NO&sub2;(IN) (ppm) SO&sub2;(IN) (ppm) NO&sub2; Entfernung (%) SO&sub2; Entfernung (%) TABELLE IV Injektionsversuch mit Nahcolite bei 87,8ºC (190ºF) Reaktor-Temperatur Zeit (min) NO&sub2; (IN) (ppm) SO&sub2; (IN) (ppm) NO&sub2;-Entfernung (%) SO&sub2;-Entfernung (%) Tabelle V Injektionsversuch mit NAHCOLIT bei 204.4ºC (400ºF) Reaktor Temperatur Zeit (min) SO&sub2; (EIN) (ppm) SO&sub2; (AUS) (ppm) NO&sub2; (EIN) (ppm) NO&sub2; (AUS) (ppm) NO&sub2; Entfernung (%) SO&sub2; Entfernung (%) Tabelle V (Fortsetzung) Zusätzlich wurde NAHCOLIT injiziert 10 Minuten nach Beginn des Versuchs Zeit (min) SO&sub2; (EIN) (ppm) SO&sub2; (AUS) (ppm) NO&sub2; (EIN) (ppm) NO&sub2; (AUS) (ppm) NO&sub2; Entfernung (%) SO&sub2; Entfernung (%)The results of these tests are presented in the following tables. TABLE III Injection Test with TRONA at 87.8ºC (190ºF) Reactor Temperature Time (min) NO₂(IN) (ppm) SO₂(IN) (ppm) NO₂ Removal (%) SO₂ Removal (%) TABLE IV Nahcolite Injection Test at 87.8ºC (190ºF) Reactor Temperature Time (min) NO₂ (IN) (ppm) SO₂ (IN) (ppm) NO₂ Removal (%) SO₂ Removal (%) Table V Injection Test with NAHCOLIT at 204.4ºC (400ºF) Reactor Temperature Time (min) SO₂ (ON) (ppm) SO₂ (OFF) (ppm) NO₂ (ON) (ppm) NO₂ (OFF) (ppm) NO₂ Removal (%) SO₂ Removal (%) Table V (continued) In addition, NAHCOLIT was injected 10 minutes after the start of the experiment Time (min) SO₂ (ON) (ppm) SO₂ (OFF) (ppm) NO₂ (ON) (ppm) NO₂ (OFF) (ppm) NO₂ Removal (%) SO₂ Removal (%)
Bezugnehmend auf die Figur 7 wurde eine zweite Reihe von Versuchen mit einer Skala, bezogen auf einen Bezugspunkt ähnlich wie bei den Versuchen gemäß des Beispieles I durchgeführt.Referring to Figure 7, a second series of tests was carried out with a scale relative to a reference point similar to the tests according to Example I.
Die Versuchsapparatur 92, die bei der zweiten Reihe von Versuchen verwendet wurde, bestand aus Zylindern 93, 94, 96, 98, 100 und 102 für komprimiertes Gas, die jeweils Argon, O&sub2;, CO&sub2;, SO&sub2;, NO&sub2;, und Argon enthielten. Argon (Zylinder 93), O&sub2; und CO&sub2; wurden anfänglich mittels jeweils geeichter Rotationsdurchflußmesser 104, 106 und 108 in eine gemeinsame Verteilleitung 110 über eine Wassersäule 111 und in die Leitung 112 zugeteilt. Als nächstes wurden die Versuchsgase SO&sub2; und NO&sub2; in Konzentrationen, (im Argon-Trägergas) von jeweils 15.000 ppm und 5.000 ppm in die Leitung 112 über die Rotationsdurchflußmesser 113 und 114 eingeleitet.The test apparatus 92 used in the second series of tests consisted of compressed gas cylinders 93, 94, 96, 98, 100 and 102 containing argon, O2, CO2, SO2, NO2, and argon, respectively. Argon (cylinder 93), O2 and CO2 were initially metered by means of calibrated rotary flow meters 104, 106 and 108, respectively, into a common distribution line 110 via a water column 111 and into line 112. Next, the test gases SO2 and NO2 were metered into the common distribution line 110 via a water column 111 and into line 112. in concentrations (in the argon carrier gas) of 15,000 ppm and 5,000 ppm respectively into line 112 via rotary flow meters 113 and 114.
Das Gemisch der Versuchsgase wurde dann (in einem Rohr 115) durch ein Ölbad 116 geleitet, welches auf einer Temperatur gehalten wurde, die zwischen 148,9ºC (300ºF) und 204,4ºC (400ºF) eingestellt werden könnte. Am Ausgang des Ölbades befand sich in der Probenleitung 120 ein T-Stück 118, um zu ermöglichen, daß Sorptionsmittel aus einem fluidisierten Sorptionsmittel-Bettzuführer 121 in die Probenleitung oberhalb eines Filtergehäuses 122 gelangen kann. Das Filtergehäuse 122 enthielt ein Filter 124 mit einem Durchmesser von 15.24 cm (6 Inch), welches mit Kieselgur oder hochpulverisiertem Kalziumsulfatpulver vorbeschichtet war, so daß der Druckabfall am Filter während der Versuche auf ungefähr 747 PA (3 Inches Wasser) gehalten werden konnte. Das Filtergehäuse 122 war isoliert und erhitzt, um eine Einstellung der Gastemperatur innerhalb des Filters zu ermöglichen. Während der Dauer der Versuche wurde NaHCO&sub3;-Pulver auf dem Filter abgeschieden, wobei am Ende des Durchlaufes ein Kuchen aus Sorptionsmittel, welches teilweise reagiert hat, zurückblieb. Jeder Durchlauf dauerte ungefähr 15 bis 30 Minuten. Die Temperatur der Eingangsgase, die in das Filtergehäuse eingeleitet wurden, wurde durch Ändern der an das Heizband (nicht dargestellt) angelegten Eingangsleistung eingestellt, wobei das Heizband zwischen dem Mantel des Filtergehäuses aus rostfreiem Stahl und einer äußeren Isolierschicht (nicht dargestellt), die das Filtergehäuse umgibt, gelegen war. Die Temperatur des Filtergehäuses wurde mittels eines Thermoelementes (nicht dargestellt) gemessen, welches im Eingangsgasstrom ungefähr 1 Inch oberhalb des Filters angeordnet war. Die Ergebnisse der Versuche bei unterschiedlichen Molarverhältnissen von SO&sub2;/NO&sub2;, 475 ppm SO&sub2;, 4% O&sub2;-Überschuß, 12% CO&sub2;, weniger als 1% H&sub2;O, Argongleichgewicht, sind in den Figuren 8, 9 und 10 dargestellt. Figur 8 zeigt die Gesamtentfernung von NOX mit trockenen Versuchsgasen, die irgendwo zwischen ungefähr 50% und 70% liegt, wenn die Gastemperaturen im Filtergehäuse im Bereich von ungefähr 182,2ºC (360ºF) bis 404,4ºC (400ºF) lagen.The mixture of test gases was then passed (in a tube 115) through an oil bath 116 which was maintained at a temperature which could be adjusted between 148.9ºC (300ºF) and 204.4ºC (400ºF). At the outlet of the oil bath, a tee 118 was provided in the sample line 120 to allow sorbent from a fluidized sorbent bed feeder 121 to pass into the sample line above a filter housing 122. The filter housing 122 contained a 15.24 cm (6 inch) diameter filter 124 which was precoated with diatomaceous earth or highly pulverized calcium sulfate powder so that the pressure drop across the filter could be maintained at approximately 747 Pa (3 inches of water) during the tests. The filter housing 122 was insulated and heated to allow adjustment of the gas temperature within the filter. During the duration of the tests, NaHCO₃ powder was deposited on the filter, whereby at the end of the run a cake of sorbent which had partially reacted remained. Each run lasted approximately 15 to 30 minutes. The temperature of the input gases introduced into the filter housing was adjusted by changing the input power applied to the heater tape (not shown), which was located between the stainless steel jacket of the filter housing and an outer insulating layer (not shown) surrounding the filter housing. The temperature of the filter housing was measured by a thermocouple (not shown) placed in the input gas stream approximately 1 inch above the filter. The results of the experiments at different molar ratios of SO2/NO2, 475 ppm SO2, 4% excess O2, 12% CO2, less than 1% H2O, argon balance are shown in Figures 8, 9 and 10. Figure 8 shows the total NOX removal with dry test gases, which is somewhere between about 50% and 70% when the gas temperatures in the filter housing ranged from about 182.2ºC (360ºF) to 404.4ºC (400ºF).
Figur 9 zeigt, daß bei Temperaturen im Temperaturbereich von ungefähr 171,1ºC (340ºF) bis 204,4ºC (400ºF) zwischen ungefähr 60% und 90% des Eingangs-NO&sub2; bei dem vorstehend beschriebenen Prozeß eliminiert werden.Figure 9 shows that at temperatures in the temperature range of about 171.1ºC (340ºF) to 204.4ºC (400ºF), between about 60% and 90% of the input NO₂ is eliminated in the process described above.
Die gewünschte Temperatur des Gasstroms, wenn dieser durch das teilchenförmige Sorptionsmittel kontaktiert wird, um NOX und SOX zu entfernen, liegt zwischen ungefähr 93,3ºC (200ºF) und 232,2ºC (450ºF). Die Temperatur liegt vorzugsweise zwischen ungefähr 148,9ºC (300ºF) und 204,4ºC (400ºF), wenn Nahcolite als Sorptionsmittel verwendet wird.The desired temperature of the gas stream when contacted by the particulate sorbent to remove NOX and SOX is between about 93.3ºC (200ºF) and 232.2ºC (450ºF). The temperature is preferably between about 148.9ºC (300ºF) and 204.4ºC (400ºF) when Nahcolite is used as the sorbent.
Die Auswirkungen des Zusatzes von Wasserdampf in niedrigen Konzentrationen auf die Ausgangskonzentrationen von SO&sub2; und NOX kann aus der untenstehenden Tabelle VI ersehen werden. Dieser Versuch lief bei einer Temperatur von 113,9ºC (237ºF), einem Druckabfall von 149 Pa (0,6 Inches H&sub2;O) mit einem Sorptionsmittel, das 50% NaHCO&sub3; in einem Kieselgur- Filterhilfsmittel enthielt; bei einer Eingangskonzentration von SO&sub2; von 471 ppm und einer Eingangskonzentration von NO&sub2; von 173 ppm. TABELLE VI AUSWIRKUNG DES ZUSATZES VON WASSERDAMPF AUF DIE ENTFERNUNG VON NO&sub2; UND SO&sub2; Wassergehalt des Gases (ppm) Ausgangskonzentration SO&sub2; (ppm) SO&sub2; Entfernung (%) Ausgangskonzentration NOX (ppm) NOX Entfernung (%) The effects of adding water vapor at low concentrations on the initial concentrations of SO₂ and NOx can be seen in Table VI below. This experiment was run at a temperature of 113.9ºC (237ºF), a pressure drop of 149 Pa (0.6 inches H₂O) with a sorbent containing 50% NaHCO₃ in a diatomaceous earth filter aid; an inlet concentration of SO₂ of 471 ppm and an inlet concentration of NO₂ of 173 ppm. TABLE VI EFFECT OF ADDITION OF WATER VAPOR ON REMOVAL OF NO₂ AND SO₂ Gas water content (ppm) Initial SO₂ concentration (ppm) SO₂ removal (%) Initial NOX concentration (ppm) NOX removal (%)
Die Ergebnisse dieses Versuches zeigen, daß eine kleine Menge Wasserdampf sowohl die Entfernung von SO&sub2; als auch NOX verbessert.The results of this experiment show that a small amount of water vapor improves both the removal of SO2 and NOX.
Die Menge des verwendeten NaHCO&sub3;-Sorptionsmittels kann ebenfalls von Bedeutung sein. Beispielsweise kann aus der Gleichung (V) ersehen werden, daß es zwei Mole des NaHCO&sub3; benötigt, um jedes Mol von SO&sub2; und jedes halbe Mol von NO&sub2; zu entfernen. Das stöchiometrische Verhältnis des Sorptionsmittels zum SOX ist vorzugsweise größer als 1 und insbesondere größer als 4. Wie aus der beiliegenden Figur 10 zu ersehen ist, erhöht sich der Prozentsatz der Entfernung sowohl von SOX, als auch NOX unter Verwendung von NaHCO&sub3; als Sorptionsmittel mit einer Erhöhung des stöchiometrischen Anteils von Sorptionsmittel. Da es teuer sein kann, ein Sackfiltergehäuse mit einem frischen Sorptionsmittel im stöchiometrischen Verhältnis von 4 zu betreiben, kann vorweggenommen werden, daß ähnliche Ergebnisse erzielt werden können, wenn recycletes Sackfilter-Sorptionsmittel und frisches Sorptionsmittel im stöchiometrischen Verhältnis von weniger als 2 verwendet werden. Weiterhin ist zu ersehen, daß für ein gegebenes stöchiometrisches Verhältnis der Prozentsatz des entfernten NOX für das Molverhältnis 6 von SOX/NOX im Gas größer ist, als wenn das Molverhältnis 4 ist.The amount of NaHCO₃ sorbent used may also be important. For example, it can be seen from equation (V) that it takes two moles of NaHCO₃ to remove each mole of SO₂ and each half mole of NO₂. The stoichiometric ratio of sorbent to SOX is preferably greater than 1 and more preferably greater than 4. As can be seen from the accompanying Figure 10, the percentage of removal of both SOX and NOX using NaHCO₃ as the sorbent with an increase in the stoichiometric proportion of sorbent. Since it can be expensive to operate a baghouse filter with a fresh sorbent in the stoichiometric ratio of 4, it can be anticipated that similar results can be achieved when recycled baghouse filter sorbent and fresh sorbent in the stoichiometric ratio of less than 2 are used. Furthermore, it can be seen that for a given stoichiometric ratio, the percent of NOX removed is greater for the SOX/NOX molar ratio of 6 in the gas than when the molar ratio is 4.
Die Auswirkungen der Beseitigung von SO&sub2; bei dem Vermögen NOX zu absorbieren mittels Nahcolite als Sorptionsmittel, können aus der untenstehenden Tabelle VII ersehen werden. Diese Versuche liefen bei Temperaturen von 152,2ºC (306ºF) und 216,7ºC (422ºF), unter Verwendung von NaHCO&sub3; als Sorptionsmittel im Verhältnis von ungefähr 1,0 an einem Filtergewebe, welches mit hochpulverisiertem CaSO&sub4; vorbeschichtet war.The effects of SO2 removal on the ability to absorb NOX using Nahcolite as a sorbent can be seen in Table VII below. These tests were run at temperatures of 152.2ºC (306ºF) and 216.7ºC (422ºF), using NaHCO3 as a sorbent in a ratio of approximately 1.0 to a filter cloth precoated with highly pulverized CaSO4.
Die Gaszusammensetzung war wie folgt:The gas composition was as follows:
2,9% bis 3,2% O&sub2;; 14,5% bis 14,9% CO&sub2;; 11,0%-11,5% H&sub2;O; und gleichgewichtig Stickstoff. Die Gasströmungsgeschwindigkeit betrug ungefähr 0,91 bis 1,04 m/min (3,0-3,4 ft/min) durch das Filtertuch. TABELLE VII AUSWIRKUNG DER BESEITIGUNG DES ANWESENDEN SO2 BEI DER ABSORPTION VON NOX mit NAHCOLITE ALS SORPTIONSMITTEL Sackfilter-Temperatur Eing.konz. NOX (ppm) Eing.Verh. SO&sub2;/NOX Ausgangskonz.NOX (ppm) EingangsVerh. SO&sub2;/NOX 2.9% to 3.2% O₂; 14.5% to 14.9% CO₂; 11.0%-11.5% H₂O; and a balance of nitrogen. The gas flow rate was approximately 0.91 to 1.04 m/min (3.0-3.4 ft/min) through the filter cloth. TABLE VII EFFECT OF REMOVAL OF PRESENT SO2 ON ABSORPTION OF NOX USING NAHCOLITE AS SORPTION Bag Filter Temperature Inlet Conc. NOX (ppm) Inlet Ratio SO₂/NOX Outlet Conc. NOX (ppm) Inlet Ratio SO₂/NOX
Bei diesen Versuchen bestand der NOX-Eingang aus wenigstens 75% NO&sub2;. Wie aus der Tabelle VII zu ersehen ist, war die Entfernung von NOX vernachlässigbar, wenn das Eingangsverhältnis SO&sub2;/NOX auf 0 verringert war. Dies zeigt, daß die Anwesenheit von SO&sub2; für die Absorption von NOX durch eine auf Natrium basierende Lauge wie beispielsweise Nahcolite erforderlich ist.In these experiments, the NOX input consisted of at least 75% NO₂. As can be seen from Table VII, the removal of NOX was negligible when the input ratio SO₂/NOX was reduced to 0. This indicates that the presence of SO₂ is required for the absorption of NOX by a sodium-based caustic such as Nahcolite.
Obwohl ein großer Prozentsatz an NOX aus dem Gasstrom durch Techniken entfernt wird, die in Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Durchführung der vorliegenden Erfindung durch Kontaktieren des NOX enthaltenen Gasstromes mit trockenem, auf Natrium basierenden Sorptionsmittel entfernt wurde, kann etwas NO&sub2; bestehen bleiben. Eine weitere Technik wird daher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, um NO&sub2; zu entfernen, welches in dem Gasstrom nach der Behandlung mit dem trockenen, teilchenförmigen Sorptionsmittel verbleiben kann.Although a large percentage of NOX is removed from the gas stream by techniques consistent with the above-described practice of the present invention by contacting the NOX-containing gas stream with dry, sodium-based sorbent, some NO2 may remain. A further technique is therefore proposed in accordance with the present invention to remove NO2 which may remain in the gas stream after treatment with the dry, particulate sorbent.
Es ist bekannt, daß NO&sub2; von Oxiden der folgenden Metalle, oder Legierungen der folgenden Metalle absorbiert wird, welche Metalle sind: Aluminium, Zirkon, Nickel, Eisen, Kupfer, Magnesium, Titan und dergleichen. Das Metalloxid kann auf einem geeigneten Trägersubstrat vorgesehen sein, um vorzugsweise eine spezielle Metalloxid-Oberfläche zu schaffen, die größer als 10 qm/g Gesamtsorptionsmittel ist. NO&sub2; wird primär absorbiert, wenn ein Oberflächennitrat eine Nitratbefestigung mit Doppelbindung an der Oberfläche hat. NO wird ebenfalls absorbiert, jedoch nicht so leicht wie NO&sub2;.It is known that NO₂ is absorbed by oxides of the following metals, or alloys of the following metals, which are metals: aluminum, zirconium, nickel, iron, copper, magnesium, titanium and the like. The metal oxide can be provided on a suitable supporting substrate, preferably to provide a specific metal oxide surface area greater than 10 m²/g total sorbent. NO₂ is primarily absorbed when a surface nitrate has a double bond nitrate attachment to the surface. NO is also absorbed, but not as readily as NO₂.
Figur 11 (zusätzlich zu Figur 1) zeigt in schematischer, perspektivischer Darstellung ein NOX-Sorptionssystem 130, welches gemäß der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung beispielsweise in dem Kanalzug 30 des Sackfiltergehäuses 26 installiert werden kann. Das sorptionsmittelfreie Abzugsgas, welches das Sackfiltergehäuse im Kanalzug 30 verläßt (siehe Figur 1), strömt durch ein Bett 132 aus Metalloxid-Kies oder -Pellets, die eine hohe spezifische Oberfläche für das Metalloxid 133 haben. Bei einer exemplarischen Ausführungsform, beispielsweise einer Abzugsgasgeschwindigkeit von 12,19 m/sec (40 ft/sec) quer zu einem Bett mit 1,22 m (4 ft) Dicke erzeugt eine Verbleibzeit von 0,1 sec und resultiert zu einem gasseitigen Druckabfall von weniger als ungefähr 249 Pa (1,0 in H&sub2;O).Figure 11 (in addition to Figure 1) shows in schematic perspective a NOx sorption system 130 which may be installed in accordance with the practice of the present invention, for example, in the duct 30 of the baghouse 26. The sorbent-free exhaust gas exiting the baghouse in the duct 30 (see Figure 1) flows through a bed 132 of metal oxide gravel or pellets having a high specific surface area for the metal oxide 133. In an exemplary embodiment, for example, a exhaust gas velocity of 12.19 m/sec (40 ft/sec) across a 1.22 m (4 ft) thick bed produces a residence time of 0.1 sec and results in a gas side pressure drop of less than about 249 Pa (1.0 in H₂O).
Während des NOX-Absorptionsprozesses laufen die Pellets 133 im Bett 132 langsam nach unten und werden evtl. am Bett in einen Trichter 134 ausgegeben, der beispielsweise unter dem Abgaskamin 30 angeordnet ist.During the NOX absorption process, the pellets 133 in the bed 132 slowly run downwards and are possibly discharged from the bed into a hopper 134, which is arranged, for example, under the exhaust chimney 30.
Die Pellets, welche kein NOX absorbiert haben und in den Trichter 134 ausgegeben worden sind (die verbrauchten Pellets) werden regeneriert, indem das NOX von den Pellets in Form von NO getrieben wird. Dies wird beispielsweise in einem fluidisierten Bett 138 durchgeführt. Die Pellets laufen vom Trichter 134 durch ein Rotations-Sperrventil 136 in ein fluidisiertes Bett. Da die Pellets in dem fluidisierten Bett erhitzt werden, wird NO von den Pellets getrieben. Das NO-enthaltende Abgas des fluidisierten Bettes wird bei einer hohen Temperatur beispielsweise ungefähr 398,9ºC (750ºF) über die Leitung 139 zurück zu den Brennern 12 (in der Figur 1 dargestellt) des Kessels 10 rückgeführt. Da das gesamte NO, welches im Kessel produziert wird, im thermodynamischen Gleichgewicht ist, wird das meiste des zusätzlichen NO, welches durch das Metalloxid-Regenerationssystem eingeführt wird, in der Hauptbrennerflamme zerstört. Die Abfallwärme von den heißregenerierten Pellets kann, falls gewünscht, durch Gegenstrom-Wärmeaustausch gegenüber der Umgebungsluft, welche dem Brennersystem für das fluidisierte Bett zugeführt wird, wiedergewonnen werden. Die abgekühlten regenerierten Metalloxid-Pellets können pneumatisch zur Oberseite des Pellet-Bett-Kanalzugs, beispielsweise mittels eines Transportsystems 140, welches ein Gebläse 142, einen Zyklon 144 und eine Transportleitung 146 zwischen dem Gebläse und dem Zyklon hat, pneumatisch transportiert werden. Die regenerierten Metalloxid-Pellets gelangen von dem fluidisierten Bett mittels eines Drehschiebers 148 in die Leitung 146 und werden in den Zyklon 144 an der Oberseite des Bettes 132 transportiert. Die Pellets laufen von dem Zyklon zurück in das Bett über ein Dreh- Sperrventil 150 an der Oberseite des Bettes. Abrieb kann von der Oberseite des Zyklons mittels der Leitung 152 gewonnen werden, die mit einem Filter 153 über eine geeignete Rohrleitung (nicht dargestellt) verbunden ist.The pellets which have not absorbed NOX and have been discharged into the hopper 134 (the spent pellets) are regenerated by driving the NOX off the pellets in the form of NO. This is done, for example, in a fluidized bed 138. The pellets pass from the hopper 134 through a rotary check valve 136 into a fluidized bed. As the pellets are heated in the fluidized bed, NO is driven off the pellets. The NO-containing exhaust gas of the fluidized bed is discharged at a high temperature, for example about 398.9ºC (750ºF), is recycled via line 139 back to the burners 12 (shown in Figure 1) of the boiler 10. Since all of the NO produced in the boiler is in thermodynamic equilibrium, most of the additional NO introduced by the metal oxide regeneration system is destroyed in the main burner flame. The waste heat from the hot regenerated pellets can be recovered, if desired, by countercurrent heat exchange with the ambient air supplied to the fluidized bed burner system. The cooled regenerated metal oxide pellets can be pneumatically transported to the top of the pellet bed duct train, for example by means of a transport system 140 having a blower 142, a cyclone 144 and a transport line 146 between the blower and the cyclone. The regenerated metal oxide pellets pass from the fluidized bed via a rotary valve 148 into line 146 and are transported to the cyclone 144 at the top of the bed 132. The pellets pass from the cyclone back into the bed via a rotary check valve 150 at the top of the bed. Abrasives can be recovered from the top of the cyclone via line 152 which is connected to a filter 153 via suitable piping (not shown).
Bezugnehmend auf Figur 5 wird der gleiche Kessel, der für das Beispiel I verwendet wurde, auch für die Versuche dieses Beispieles verwendet. Um NOX mit einem Metalloxid zum Entfernen dieses NOX zu kontaktieren, wurde eine Röhre 160 mit 6,1 m (20 ft) Länge und 0,635 cm (0,25 in) Außendurchmesser aus oxidiertem Aluminium mit dem Abgaskamin 62 am Anschluß 61 verbunden.Referring to Figure 5, the same vessel used for Example I is also used for the experiments of this example. To contact NOX with a metal oxide for removing this NOX, a tube 160 with 6.1 m (20 ft) length and 0.635 cm (0.25 in) outside diameter was used. made of oxidized aluminum is connected to the exhaust chimney 62 at connection 61.
Ungefähr 70,8 Standard-Liter/Stunde (2,5 SCFH) Probengas wurden durch die Röhre gezogen, um dabei deren Innenfläche aus Al&sub2;O&sub3; zu kontaktieren. Das errechnete Innenvolumen der Röhre betrug 108 cm³ (6,6 in³), was eine Verweildauer für das Abzugsgas von ungefähr 90 m/sec gibt. Die Innenfläche der Röhre betrug 903 cm² (140 in²).Approximately 70.8 standard liters/hour (2.5 SCFH) of sample gas was drawn through the tube to contact its Al₂O₃ interior surface. The calculated interior volume of the tube was 108 cm3 (6.6 in3), giving a residence time for the exhaust gas of approximately 90 m/sec. The interior surface area of the tube was 903 cm2 (140 in2).
Es wurden Kurzzeit-Siebversuche durchgeführt, um die Auswirkungen des Al&sub2;O&sub3; auf die Entfernung von NO und NO&sub2; zu bestimmen und um auch zu verifizieren, daß das Al&sub2;O&sub3; bei Erhitzen durch Vertreiben von NOX in Form von Stickstoffoxidgas (NO) regeneriert werden könnte.Short-term sieving tests were conducted to determine the effects of Al₂O₃ on the removal of NO and NO₂ and also to verify that the Al₂O₃ could be regenerated upon heating by driving off NOX in the form of nitrogen oxide gas (NO).
Um die Versuche durchzuführen, wurde NO-Gas in den Brenner 58 am Ausgang des Gebläses 60 injiziert. Die NO-Injektionsgeschwindigkeit wurde durch einen Rotations-Durchflußmesser (nicht dargestellt) kontrolliert.To perform the experiments, NO gas was injected into the burner 58 at the outlet of the blower 60. The NO injection rate was controlled by a rotary flow meter (not shown).
Durch die Al&sub2;O&sub3;-Röhre 160 wurden fortlaufend Abzugsgas-Proben aus dem Kesselkamin 62 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 70,8 Standardliter/Stunde (2,5 SCFH) abgezogen und durch zwei Reihen Aufprallelemente in einem Eisbad geleitet, um die überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen (nicht dargestellt). Die Gasprobe wurde dann durch einen NO-NOX- Analysator und durch einen tragbaren Sauerstoffdetektor, für die Messung des Sauerstoffüberschusses, geleitet. Während der Versuche bei einer mittleren Temperatur von ungefähr 93,3ºC (200ºF) war die Absorption von NOX bei einer Gesamtverweilzeit von ungefähr 0,1 sec durch die Aluminiumoxid-Röhre, sehr hoch. Die in der Tabelle VIII gezeigten Daten wurden während des Absorptionsvorganges bei einem Sauerstoffüberschuß von 4,2% in der Gasprobe ermittelt: TABELLE VIII Absorptionsmodus (3% O&sub2;, trocken Anfangs-NO: End-NO: NO-Entfernung: Anfangs-NOX: End-NOX: NOX-Entfernung: fortlaufend fallend Flue gas samples were continuously withdrawn from the boiler stack 62 through the Al2O3 tube 160 at a rate of about 70.8 standard liters/hour (2.5 SCFH) and passed through two banks of impingement elements in an ice bath to remove excess moisture (not shown). The gas sample was then passed through a NO-NOx analyzer and a portable oxygen detector for measuring excess oxygen. During the tests at an average temperature of about 93.3°C (200°F), the absorption of NOx was very high with a total residence time of about 0.1 sec through the alumina tube. The data shown in Table VIII were obtained during the absorption process at a 4.2% excess oxygen in the gas sample: TABLE VIII Absorption Mode (3% O₂, dry Initial NO: Final NO: NO removal: Initial NOX: Final NOX: NOX removal: continuously decreasing
Die Reaktion von NOX an den Al&sub2;O&sub3;-Rohren schien Sauerstoff- Abgas zu erzeugen. Es wird davon ausgegangen, daß das Al&sub2;O&sub3;-Rohr sorgfältig oxidiert war und die Absorption des NO&sub2; an der Oberflächenschicht ein halbes Mol O&sub2; für jedes Mol absorbiert NO&sub2; erzeugt. Die Reaktion von Al&sub2;O&sub3; mit NO&sub2; wird in der folgenden Reaktionsgleichung gezeigt:The reaction of NOX on the Al₂O₃ tubes appeared to produce oxygen off-gas. It is assumed that the Al₂O₃ tube was thoroughly oxidized and the absorption of the NO₂ at the surface layer produced half a mole of O₂ for each mole of NO₂ absorbed. The reaction of Al₂O₃ with NO₂ is shown in the following reaction equation:
Al&sub2;O&sub3; + NO&sub2; T Al&sub2;O&sub3;NO + 1/20&sub2;Al₂O₃ + NO2; T Al₂O₃NO + 1/20₂
Das Aluminiumoxid wurde durch Vorbeiführen einer Propangasflamme entlang der Röhre (für ungefähr 5 Minuten) regeneriert. Während der Regenerationsstufe wurde Sauerstoff absorbiert und die NO-NOX-Mengen wurden über die Eingangsmengen erhöht. Die Ergebnisse der Regenerationsversuche sind in der Tabelle IX gezeigt: TABELLE IX REGENERATION DER AL&sub2;O&sub3; RÖHRE (3% O&sub2;, trocken) Anfangs-NO: End-NO: Anfangs-NOX: End-NOX: und steigendThe alumina was regenerated by passing a propane gas flame along the tube (for approximately 5 minutes). During the regeneration stage, oxygen was absorbed and the NO-NOX levels were increased above the input levels. The results of the regeneration tests are shown in Table IX: TABLE IX REGENERATION OF AL₂O₃ TUBE (3% O₂, dry) Initial NO: Final NO: Initial NOX: Final NOX: and increasing
Der gleiche Kessel, der für das Beispiel I verwendet wurde, wurde auch bei den Versuchen dieses Beispieles verwendet, mit Ausnahme, daß ein Impulsjet-Sackfiltergehäuse hergestellt von der Fa. EVO Corporation, Modell-Nr. NF-9 unterhalb des Kessels plaziert war. Das Sackfiltergehäuse enthält 8 Sackfilter mit einer Gesamtfilterfläche von 40 Quadratfuß. Das Filtermaterial war verfilztes Nomex-Tuch. Das Sackfiltergehäuse wurde mit einem ID-Gebläse mit variabler Geschwindigkeit gespeist, um den Druckabfall durch die Sackfilter zu überwinden und die Zuganforderungen des Kessels auszugleichen. Bei diesem Beispiel betrug der Druckabfall an den Sackfiltern ungefähr 3 in-H&sub2;O und das Luft/Tuch-Verhältnis betrug ungefähr 15,75 Absolutliter/s/m² (3.1 ACFM/ft).The same vessel used for Example I was used in the experiments of this example, except that a pulse jet baghouse manufactured by EVO Corporation, Model No. NF-9, was placed below the vessel. The baghouse contained 8 bag filters with a total filter area of 40 square feet. The filter material was matted Nomex cloth. The baghouse was fed with a variable speed ID blower to overcome the pressure drop through the bag filters and to balance the draft requirements of the vessel. In this example, the pressure drop across the bag filters was approximately 3 in-H2O and the air/cloth ratio was approximately 15.75 absolute liters/s/m2 (3.1 ACFM/ft).
Wie in der Tabelle 10 gezeigt, wurde ohne die Umwandlung von NO in NO&sub2; in Stromrichtung oberhalb, ungefähr 24% NOX- Entfernung bei einem hohen stöchiometrischen Verhältnis des Sorptionsmittel zwischen 3 und 4 erhalten, was auch zu einer hohen SO&sub2;-Entfernung von 96% führte. Die Menge NO&sub2; erhöhte sich jedoch um 47 ppm, als Ergebnis der gleichzeitigen Entfernung von SO&sub2; und NOX. Anzumerken ist, daß die anfänglichen Mengen NO&sub2; am Sackfiltergehäuse-Eingang ein Kunstgriff des Verfahrens des Einleitens von konzentriertem Stickstoffoxidgas (NO) direkt in das Kesselsystem, sind. Sehr viel niedrigere Mengen des NO&sub2; am Eingang des Sackfiltergehäuses würden normalerweise bei einem herkömmlichen Kesselsystem erwartet werden.As shown in Table 10, without the conversion of NO to NO₂ upstream, approximately 24% NOX removal was obtained at a high sorbent stoichiometric ratio between 3 and 4, which also resulted in a high SO₂ removal of 96%. However, the amount of NO₂ increased by 47 ppm as a result of the simultaneous removal of SO₂ and NOX. Note that the initial amounts of NO₂ at the baghouse inlet were a The trick of the process of introducing concentrated nitrogen oxide (NO) gas directly into the boiler system is that much lower levels of NO₂ at the baghouse entrance would normally be expected in a conventional boiler system.
Die Versuche wurden mit trockenem Trona-Pulver durchgeführt Ohne oberhalb stattfindende Umwandlung von NO in NO&sub2;The tests were carried out with dry trona powder Without any upstream conversion of NO to NO₂
Sackfilter-Temperatur: 310ºFBag filter temperature: 310ºF
Anfangsverhältn. NO/NO&sub2;: 2.7Initial ratio NO/NO2: 2.7
Anfangsverhältn. SO&sub2;/NOX 4.8 Abzugsgaskonzentrationen (ppmv, korrigiert auf 3% O&sub2;, trocken) Sackfiltereingang Injektionskopf AUS SO&sub2;-Entfernung: 97% NOX-Entfernung: 24%Initial ratio SO₂/NOX 4.8 Flue gas concentrations (ppmv, corrected to 3% O₂, dry) Bag filter inlet Injection head OFF SO₂ removal: 97% NOX removal: 24%
Die Versuche wurden mit trockenem Trona-Pulver durchgeführt mit in Strömungsrichtung oberhalb stattfindender Umwandlung NO in NO&sub2;The tests were carried out with dry trona powder with upstream conversion of NO to NO₂
Sackfilter-Temperatur: 160ºC (320ºF)Bag filter temperature: 160ºC (320ºF)
Anfangsverh.NO/NO&sub2;: 3.4Initial ratio NO/NO2: 3.4
Anfangsverh. SO&sub2;/NOX: 4.2 Abzugsgaskonzentrationen (ppmv, korrigiert auf 3%, O&sub2; trocken) Sackfilter-Eingang Injektionskopf AUS Sackfilter-Ausgang Injektionkopf EIN SO&sub2;-Entfernung: 94% NOX-Entfernung: 46%Initial ratio SO₂/NOX: 4.2 Flue gas concentrations (ppmv, corrected to 3%, O₂ dry) Bag filter inlet Injection head OFF Bag filter outlet Injection head ON SO₂ removal: 94% NOX removal: 46%
Die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung ergibt überraschend hohe Mengen an NOX-Entfernung in Verbindung mit der SO&sub2;-Entfernung. Wie in der Tabelle X gezeigt, wird in Strömungsrichtung oberhalb stattfindender Umwandlung von NO in NO&sub2; eine Entfernung von NOX von ungefähr 46% bei einem niedrigeren stöchiometrischen Verhältnis von ungefähr 2 erhalten, was ebenfalls zu einer niedrigeren SO&sub2;-Entfernung von 94% führt. Diese Verbesserung bei dem Entfernen von NOX tritt auch bei einem niedrigeren Wert des Anfangsverhältnisses von SO&sub2;/NOX auf, was weiterhin die Nützlichkeit der vorliegenden Erfindung demonstriert. Weiterhin zeigt eine um 36 ppm erhöhte Menge NO&sub2; (verglichen mit dem vorherigen Ergebnis von 47 ppm), daß die Menge des NO&sub2;, die aus der gleichzeitigen Entfernung von SO&sub2; und NOX resultiert, reduziert war. Wie vorstehend beschrieben schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entfernen dieses NO&sub2;-Nebenproduktes unter Verwendung eines Metalloxid-Absorptionsabschnittes, der in Strömungsrichtung unterhalb liegt.The practice of the present invention results in surprisingly high levels of NOX removal in conjunction with SO2 removal. As shown in Table X, upstream of the conversion of NO to NO2, a removal of NOX of about 46% is obtained at a lower stoichiometric ratio of about 2, which also results in a lower SO2 removal of 94%. This improvement in NOX removal also occurs at a lower value of the initial SO2/NOX ratio, further demonstrating the usefulness of the present invention. Furthermore, an increase in NO2 by 36 ppm (compared to the previous result of 47 ppm) indicates that the amount of NO2 resulting from the simultaneous removal of SO2 and NOX was reduced. As described above, the present invention provides a method for removing this NO₂ byproduct using a metal oxide absorption section located downstream.
Die vorstehenden Beschreibungen exemplarischer Ausführungsformen zum Entfernen von NOX und SOX aus den Abzugsgasströmen sind nur zur Erläuterung da. Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die vorstehend beschriebenen, besonderen Ausführungsformen begrenzt sein, da Variationen möglich sind, wie dies für den Fachmann offensichtlich ist.The foregoing descriptions of exemplary embodiments for removing NOX and SOX from the flue gas streams are for illustrative purposes only. The present invention is not intended to be limited to the particular embodiments described above, as variations are possible, as will be apparent to those skilled in the art.
Beispielsweise wäre es möglich, die NOX-Reduktion bei Abwesenheit von SO&sub2; durch Umwandeln von NO in NO&sub2; in dem Konvektionsabschnitt des Kessels durch Injizieren eines Peroxyl-Initiators wie vorstehend beschrieben zu bewerkstelligen und dann die NOX-Absorption mittels eines regenerierbaren Metalloxides durchzuführen. Bei dieser Ausführungsform können beispielsweise regenerierbare Metalloxide, wie sie vorstehend beschrieben sind, in Pulverform in die Absorptionszone eingeführt werden, um einen Abzugsgasstrom, der Stickstoffoxide wie beispielsweise NO&sub2; enthält, zu kontaktieren. Das Metalloxid entfernt die Stickstoffoxide aus dem Gasstrom und wird vom Gasstrom beispielsweise im Sackfiltergehäuse getrennt. Das Metalloxid kann zur Wiederverwendung durch Erhitzen auf eine Temperatur von wenigstens ungefähr 371,1ºC (700ºF) regeneriert werden. Ein derartiges Erhitzen erzeugt ein Abgas, welches NO enthält, welches in den Brennerabschnitt des Kessels zurückgeführt werden kann. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert.For example, it would be possible to accomplish NOX reduction in the absence of SO2 by converting NO to NO2 in the convection section of the boiler by injecting a peroxyl initiator as described above and then to accomplish NOX absorption using a regenerable metal oxide. In this embodiment, for example, regenerable metal oxides as described above can be introduced in powder form into the absorption zone to contact a flue gas stream containing nitrogen oxides such as NO2. The metal oxide removes the nitrogen oxides from the gas stream and is separated from the gas stream in, for example, the baghouse. The metal oxide can be regenerated for reuse by heating to a temperature of at least about 371.1°C (700°F). Such heating produces an exhaust gas containing NO which can be recycled to the burner section of the boiler. The scope of the present invention is defined by the following claims.
Claims (25)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/734,393 US4783325A (en) | 1985-05-14 | 1985-05-14 | Process and apparatus for removing oxides of nitrogen and sulfur from combustion gases |
| PCT/US1985/001022 WO1986006711A1 (en) | 1985-05-14 | 1985-06-03 | Process and apparatus for removing oxides of nitrogen and sulfur from combustion gases |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3586566D1 DE3586566D1 (en) | 1992-10-01 |
| DE3586566T2 true DE3586566T2 (en) | 1993-01-07 |
Family
ID=24951507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8585903110T Expired - Fee Related DE3586566T2 (en) | 1985-05-14 | 1985-06-03 | METHOD FOR REMOVING THE NITROGEN OXYDE AND SULFUR FROM EXHAUST GASES. |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | ATE79834T1 (en) |
| DE (1) | DE3586566T2 (en) |
| DK (1) | DK14687A (en) |
| IN (1) | IN170076B (en) |
-
1985
- 1985-06-03 AT AT85903110T patent/ATE79834T1/en not_active IP Right Cessation
- 1985-06-03 DE DE8585903110T patent/DE3586566T2/en not_active Expired - Fee Related
-
1986
- 1986-10-31 IN IN963/DEL/86A patent/IN170076B/en unknown
-
1987
- 1987-01-13 DK DK014687A patent/DK14687A/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DK14687D0 (en) | 1987-01-13 |
| DE3586566D1 (en) | 1992-10-01 |
| IN170076B (en) | 1992-02-08 |
| ATE79834T1 (en) | 1992-09-15 |
| DK14687A (en) | 1987-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69717161T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING ENERGY USING A COMBUSTION PROCESS | |
| EP0221899B1 (en) | Process for removing oxides of nitrogen and sulfur from combustion gases | |
| DE3307848A1 (en) | METHOD FOR REBURNING AND PURIFYING PROCESS EXHAUST GAS | |
| DE69828632T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING HIGH-ACTIVE LIMESTONE IN AN OVEN | |
| DD211358A5 (en) | METHOD AND DEVICE FOR SMOKE-GASKING IN CARBOX FIRES | |
| DE69511482T2 (en) | System and method for reducing NOx emissions in a fluidized bed reactor | |
| DE3903250A1 (en) | METHOD FOR REDUCING THE CONTENT OF GASEOUS SO (ARROW DOWN) X (ARROW DOWN) IN EXHAUST GAS FROM FOSSIL FUELS | |
| EP0132584A2 (en) | Method and installation for reducing the emission of noxious matter in the flue gases of combustion plants | |
| AT390208B (en) | METHOD FOR REMOVING NITROGEN OXIDES | |
| DE68906228T2 (en) | METHOD FOR GENERATING HEAT WITH DESULFURATION OF EXHAUST GASES BY ABSORBENT PARTICLES IN FINE PARTICLE SIZES IN A HIKING BED. | |
| DE2942439A1 (en) | METHOD FOR THE EXTRACTION OF HYDROFLUORINE FROM FLUORINE MATERIALS BY PYROHYDROLYSIS | |
| DE3751817T2 (en) | Method and device for reducing sulfur dioxide to flue gas | |
| DE4335136C2 (en) | Method and device for carrying out the method for generating gases for operating a gas turbine in a combined gas and steam power plant | |
| DE9308772U1 (en) | Device for operating a combustion system, in particular in the form of a cogeneration or a combined heat and power plant with an exhaust gas cleaning system, in particular for the combustion of heavy heating oil or heavy oil | |
| DE3308406C2 (en) | ||
| DE69309636T2 (en) | Device and method for the thermal destruction of acidic substances in flue gases | |
| DE3905775C2 (en) | ||
| DE69100523T2 (en) | Method and device for generating heat with desulfurization of exhaust gases by means of fine particle size absorbent particles in a moving bed. | |
| DE4405010C2 (en) | Process for cleaning a combustion exhaust gas | |
| DE3586566T2 (en) | METHOD FOR REMOVING THE NITROGEN OXYDE AND SULFUR FROM EXHAUST GASES. | |
| EP0170689A1 (en) | Method for stripping noxious gas substances contained in flue gas | |
| DE60022298T2 (en) | Method and apparatus for improving combustion in a circulating fluidized bed plant | |
| DE3329342C2 (en) | Process for the treatment of flue gases from a steam generating plant | |
| EP0399404A2 (en) | Process for reducing SO2 and/or NOx emissions in combustion processes | |
| DE3701875A1 (en) | COMBINED METHOD FOR GENERATING COOK AND ELECTRIC ENERGY |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |